二冲程船用柴油机扫气过程CFD模拟分析

摘要

二冲程船用柴油机的扫气过程在很大程度上影响了柴油机可燃混合气形成的质量,进而决定了柴油机在燃烧等方面的性能。扫气口作为二冲程直流扫气柴油机的重要组成部分,其结构直接影响了扫气过程中新鲜空气的充入量和燃烧废气排出的干净程度,另外,柴油机的转速也对扫气过程的进行有重要影响。本文针对6S50MC-C二冲程船用柴油机,运用CFD(计算流体力学)方法,应用大型CFD软件Fluent,首先改变扫气口数目、扫气口仰角、径向倾角的大小以及扫气口的结构,对该模型的扫气过程进行数值模拟,然后改变柴油机的转速,再进行上述模拟。可以得出流场关于压力、温度、湍流强度、进出口质量流量、速度等参数以及这些参数的分布情况。通过分析其流动状况后,找到较为合理的结构参数和运转参数。
　　 本文首先对扫气口、气缸内部和上部一段排气道的流体空间进行建模,得到物理模型；接着使用GAMBIT对模型划分网格,并设定压力进出口等边界条件；然后导入Fluent中,设定参数,启用动网格模型,开始计算；最后应用后处理程序得到大量数据、云图、矢量图、流线图等,对流场进行分析。通过研究发现,对于6S50MC-C大型低速船用柴油机,在适当的范围内以较低转速运行,增加扫气口数目、使用0°的仰角以及20°的径向倾角比较有利于扫气过程和可燃混合气形成。并发现当转速较低或较高时,仰角大小对扫气过程的影响会变得更小。本文可以为优化柴油机结构和参数,进而解决燃烧与排放等问题提供理论依据,具有一定的现实意义。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 二冲程柴油机扫气及缸内流动过程的研究现状

1.3 Fluent软件简介

1.4 本文的研究意义

1.5 本文的主要工作及难点

第2章 CFD的求解过程

2.1 总体计算流程

2.2 基本控制方程

2.2.1 连续性方程(质量守恒方程)

2.2.2 动量守恒方程(Navier-Stokes方程)

2.2.3 能量守恒方程

2.2.4 组分质量守恒方程

2.3 湍流的控制方程

2.3.1 平均量输运方程

2.3.2 常用的湍流模型简介

2.4 确定边界条件和初始条件

2.5 划分计算网格

2.6 建立离散方程

2.6.1 有限体积法

2.6.2 有限体积法中常用的离散格式

2.7 流场数值计算算法

2.7.1 概述

2.7.2 SIMPLE算法简介

2.8 判断解的收敛性

第3章 模型的建立和边界条件的确定

3.1 物理模型

3.2 网格模型的建立

3.3 初始条件和边界条件的确定

第4章 扫气过程的CFD模拟和分析

4.1 扫气过程的CFD模拟计算

4.1.1 动网格模型

4.2 对CFD模拟结果的分析

4.2.1 扫气口仰角大小对扫气过程的影响

4.2.2 扫气口径向倾角大小对扫气过程的影响

4.2.3 扫气口数对扫气过程的影响

4.2.4 改变扫气口的结构对扫气过程的影响

4.2.5 转速对扫气过程的影响

第5章 总结和展望

5.1 全文总结

5.2 展望

参考文献

致谢