旋转叶轮式内燃机内部流动分析

摘要

传统发动机主要分为往复式活塞发动机和旋转式发动机。其中往复式活塞发动机经过了一百多年的发展和优化，被广泛用于汽车、轮船、航空航天等领域。但由于往复式活塞发动机本身结构复杂，做功方式存在固有缺陷，因而限制了其功重比和效率的提升，难以满足日新月异的新型机械对发动机高性能的要求。同时伴随着人们对环境和能源等问题的不断重视，旋转叶轮式内燃机作为一种新型旋转式内燃机被提出。与传统往复式活塞发动机相比，旋转叶轮式内燃机的叶轮用旋转运动取代了往复直线运动，没有结构松散的曲柄连杆机构，防止产生往复惯性力，结构十分紧凑，零部件总数和运动件数大幅降低，因此，旋转叶轮式内燃机相比于传统往复式活塞发动机，具有以下优点：功重比高、燃油消耗率低、振动小、噪声低、排放低、零件少、成本低。
　　本研究对额定转速下，旋转叶轮式内燃机的排气、进气以及压缩过程进行了数值模拟，并探究了转速和进气参数变化对燃烧室冷态流场的影响。通过对旋转叶轮式内燃机工作过程的研究和流动分析发现:在排气过程中，燃烧室内气体的平均参数基本上都是先减小后增大。在进气过程中，燃烧室内平均参数先是剧烈变化，随后逐渐平稳，平均压强变小。在压缩过程中，燃烧室内平均参数普遍升高，气体流动稳定。而在不同转速下，燃烧室内各平均参数变化趋势基本相同，都是先增大后减小，最后再增加。但转速越高，气体流动越复杂。对于进气参数来说，垂直进气（进气角度为0°）利于进气过程进行。进气温度和进气压力越大，燃烧室内平均参数越高，气体掺混越剧烈。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外三角转子发动机的研究现状和分析

1．2．1 国外三角转子发动机研究现状

1．2．2 国内三角转子发动机研究现状

1．3 差速式内燃机简介

1．4 旋转叶轮式内燃机的优势

1．5 本文研究内容

第2章 数值模拟方法

2．1 控制方程

2．1．1 质量守恒方程

2．1．2 动量守恒方程

2．1．3 能量方程

2．2 湍流模型

2．3 控制方程离散

2．4 SIMPLE算法

2．5 数值模拟工具

2．6 旋转叶轮式内燃机燃烧室计算模型与初始条件

2．6．1 燃烧室计算模型

2．6．2 动网格的设置及更新

2．6．3 燃烧室计算模型的网格划分

2．7 初始条件

2．8 本章小结

第3章 旋转叶轮式内燃机工作过程流动及转速影响分析

3．1 旋转叶轮式内燃机工作过程流动分析

3．1．1 排气过程流动分析

3．1．2 进气过程流动分析

3．1．3 压缩过程流动分析

3．2 不同转速对旋转叶轮式内燃机燃烧室内平均参数的影响

3．2．1 不同转速下燃烧室内气流平均速度的变化

3．2．2 不同转速下燃烧室内平均湍动能的变化

3．2．3 不同转速下燃烧室内平均压强的变化

3．2．4 不同转速下燃烧室内平均温度的变化

3．3 本章小结

第4章 进气参数对燃烧室内平均参数的影响研究

4．1 进气角度对燃烧室内平均参数的影响

4．1．1 进气角度对燃烧室内平均压强的影响

4．1．2 进气角度对燃烧室内平均温度的影响

4．1．3 进气角度对燃烧室内气体平均速度的影响

4．1．4 进气角度对燃烧室内气体平均湍动能的影响

4．2 进气温度对燃烧室内平均参数的影响

4．2．1 进气温度对燃烧室内平均压强的影响

4．2．2 进气温度对燃烧室内平均温度的影响

4．2．3 进气温度对燃烧室内气体平均速度的影响

4．2．4 进气温度对燃烧室内气体平均湍动能的影响

4．3 进气压力对燃烧室内平均参数的影响

4．3．1 进气压力对燃烧室内平均压强的影响

4．3．2 进气压力对燃烧室内平均温度的影响

4．3．3 进气压力对燃烧室内气体平均速度的影响

4．3．4 进气压力对燃烧室内气体平均湍动能的影响

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介