二甲醚喷油器结构设计与喷嘴流场及碰撞分析

摘要

二甲醚由于具有低排放、低噪音、制造容易以及近乎无烟燃烧等诸多优点,成为了很好的替代柴油的新型燃料。二甲醚作为替代燃料不仅可以降低 xNO的排放还可以减少PM的排放量,但是由于二甲醚的物理化学特性导致它在传统柴油机上应用时存在一些问题:二甲醚对普通橡胶具有腐蚀作用,所以需要寻找适合二甲醚且成本低廉的密封材料;由于二甲醚的粘度小,几乎没有润滑作用,会导致喷油器针阀偶件发生严重磨损,致使喷油器发生泄漏从而无法正常工作。
　　针对喷油器针阀偶件的磨损问题,在传统P型喷油器的基础上结合先前的研究理论设计出了一种适合二甲醚的喷油器结构。并且利用有限元方法对该喷油器的喷嘴结构进行模拟,分析了喷嘴结构的一些参数对于喷油器性能的影响。本文利用计算机流体动力学(CFD)技术对喷油器喷嘴的三维流场进行模拟分析,针对不同结构参数的喷孔对喷油器的影响进行分析,得到其结构优化的信息;其次利用有限元法对喷油器针阀与座面的碰撞问题进行模拟,针对其碰撞冲击应力进行了深入分析研究。
　　对于初步设计的喷油器结构,文中主要针对喷油器喷嘴结构进行计算分析。在喷嘴流场分析中,针对喷孔的长度和直径进行对比分析得到最合适的喷孔直径和长度。在喷油器针阀与座面碰撞模拟计算时,主要针对座面的冲击应力进行分析计算。通过计算可以检测其强度是否安全可靠。通过计算碰撞的冲击应力可知之前得到的喷嘴结构在其安全范围内。
　　文中所用的喷油器是在传统P型喷油器的基础上改造的,对后续的新型代用清洁燃料喷油器的设计研究做了一定的准备。

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1 绪论

1.1研究背景意义

1.2清洁燃料的研究现状

1.3国内外二甲醚的研究状况

1.4发动机技术发展过程中有限元方法的引用

1.5本文的主要研究内容

2 二甲醚新型喷油器的结构改造

2.1 内燃机的组成

2.2 二甲醚发动机的设计思路

2.3柴油发动机的燃油喷射系统

2.4二甲醚发动机的燃油喷射系统

2.5 二甲醚发动机喷油器的结构

2.6 本章小结

3 喷嘴的流场分析

3.1 研究的意义

3.2 软件介绍

3.3流体动力学基础

3.4流体动力学分析

3.5计算结果及分析

3.6本章小结

4 喷油器针阀的碰撞研究

4.1研究意义

4.2冲击应力的传统算法

4.3冲击应力的计算

4.4显式动力学分析

4.5针阀与座面碰撞的模拟分析

4.6求解与结果分析

4.7本章小结

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢