高功率密度柴油机燃烧过程仿真研究

摘要

随着日益加剧的环境污染和石油资源的枯竭,以及对排放越来越严格的要求,使得人们对发动机在动力性、经济性以及排放性等方面提出了更高的要求,进而使具有轻质、高功率密度等优点的HPD柴油机得到了广泛的应用。综合改善燃烧室内喷雾燃烧的过程是解决上述问题的关键。喷油提前角是指喷油器开始向气缸内喷油时,活塞距离压缩达上止点的曲轴转角,是柴油机的一个非常重要的参数,它直接影响燃油的雾化质量,进而影响气缸内的混合气形成和燃烧过程。因此,研究喷油提前角对优化高功率密度柴油机燃烧性能有着重要的意义。
　　本论文系统论述了数值模拟柴油机缸内燃烧过程的计算模型以及计算方法,对燃烧室内的气相湍流运动模型、湍流扩散模型以及着火和燃烧模型等计算模型进行了较为详细的分析与选择,进而利用三维CFD仿真软件AVL FIRE对某高功率密度柴油机进行了仿真计算。根据仿真结果着重分析了燃烧室内速度场与温度场、燃油与空气的混和程度以及指示功率、最大爆发压力的变化,总结了不同喷油提前角对燃烧过程的影响:喷油起始时刻燃烧室速度场随喷油提前角的变化不明显;喷油提前角的增大,会导致滞燃期的延长,使缸内油气混合的速度加快,混合更加均匀,燃烧更充分,瞬时放热率均增大,有利于增加指示功率;但同时最大爆发压力与最高温度的升高,会引起NOx排放的增加,而燃油的充分燃烧会使Soot排放量减少。

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1绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.2 高功率密度发动机的研究现状

1.3内燃机缸内燃烧过程概述

1.4喷油提前角对喷雾—燃烧过程影响的研究概况

1.5 论文的主要工作

2燃烧室模型的分析与选择

2.1基本控制方程

2.2气相湍流运动模型

2.3 喷雾模型分析与选择

2.4着火与燃烧模型

2.5 排放模型

2.6 本章小结

3柴油机缸内燃烧过程数值计算模型的建立

3.1模型的建立

3.2 网格划分

3.3 初始边界条件

3.4 数值求解

3.5 本章小结

4 仿真结果分析

4.1 喷油提前角对燃烧室速度场的影响

4.2 喷油提前角对油气混合程度的影响

4.3 喷油提前角对缸内温度的影响

4.4 喷油提前角对燃烧过程的影响

4.5本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢