柴油机燃烧室结构及喷油嘴参数对燃烧特性的影响

摘要

柴油机具有高效、节能的特点，车用发动机越来越向柴油机方向发展。柴油机燃烧室形状及喷油嘴参数对可燃混合气的形成和燃烧过程有着决定性的影响，合理的燃烧室形状及喷油嘴参数对提高柴油机的动力性、经济性及降低排放有着重要的作用。
　　 本文以LD1110型直喷式单缸柴油机为基础，研究在不同喷孔数和不同喷油夹角的喷油嘴参数下，不同燃烧室形状的缸内流场状态。主要的研究工作如下:
　　 (1)运用建模软件UG对LD1110型发动机偏心布置的梅花形深坑活塞进行建模。同时在压缩比和燃烧室容积不变的情况下，设计ω燃烧室和缩口涡流燃烧室。
　　 (2)运用有限元软件ANSYS对三种燃烧室的活塞进行温度场分析。结果表明:ω燃烧室和缩口涡流燃烧室的活塞温度场分布比原机型活塞的温度场分布均匀。
　　 (3)选取四孔和六孔喷油嘴，另取142°、148°、154°和160°喷油夹角。运用AVL_fire软件对配有四孔、六孔喷油嘴的ω燃烧室和配有四孔、六孔喷油嘴的缩口涡流燃烧室分别在四种喷油夹角下进行缸内燃烧模拟仿真计算。
　　 (4)对仿真结果的动力性、经济性和排放性能等参数进行分析，结果表明:不同喷油夹角的缸内温度分布和速度分布有所不同，喷油夹角影响燃油在燃烧室内的空间分布情况;缩口涡流燃烧室的形状比ω燃烧室更有利于可燃混合气的形成;配有四孔喷油嘴时的NO排放量较大，而配有六孔喷油嘴时的Soot排放量比较大;不同的燃烧室形状需要配合不同的喷孔数和喷油夹角，才能使燃烧充分，保证发动机动力性的前提下，提高燃油经济性和排放。
　　 影响柴油机燃烧性能的因素包括燃烧室形状、喷油夹角和喷孔数，需要三者的合理配合。本文所研究的燃烧室形状、喷油夹角和喷孔数的配合中，喷油夹角为154°的六孔喷油嘴与缩口涡流燃烧室配合的动力性、经济性和排放的整体性能最好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 CFD多维数值模拟理论基础

2．1 基本方程

2．1．1 质量守恒定律

2．1．2 动量守恒定律

2．2 湍流模型

2．2．1 缸内气体流动过程

2．2．2 燃烧室几何形状对湍流的影响

2．2．3 缸内湍流流动数学模型

2．3 喷雾模型

2．4 燃烧模型

2．5 排放物模型

2．5．1 氮氧化物模型

2．5．2 碳烟模型

2．6 蒸发模型

2．7 本章小结

第三章 活塞温度场分析

3．1 柴油机参数

3．2 燃烧室设计基础

3．2．1 ω燃烧室

3．2．2 缩口涡流燃烧室

3．3 模型的建立和边界条件的设定

3．3．1 活塞模型的建立

3．3．2 边界条件的设定

3．4 有限元分析

3．4．1 网格划分

3．4．2 活塞热分析

3．5 本章小结

第四章 燃烧室模型的建立

4．1 初始边界条件

4．1．1 曲轴转角

4．1．2 边界条件

4．1．3 初始条件

4．1．4 喷油提前角和循环供油量的确定

4．2 ω燃烧室模型

4．3 缩口涡流燃烧室模型

4．4 fire动网格生成机理

4．5 本章小结

第五章 柴油机燃烧过程的模拟分析

5．1 ω燃烧室

5．1．1 四孔喷油嘴分析

5．1．2 六孔喷油嘴分析

5．2 缩口涡流燃烧室

5．2．1 四孔喷油嘴分析

5．2．2 六孔喷油嘴分析

5．3 不同形状燃烧室和不同喷孔数喷油嘴的燃烧分析

5．3．1 选型

5．3．2 动力性

5．3．3 燃烧室内速度场分析

5．3．4 经济性和排放

5．4 本章小结

第六章 总结和展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文