柴油机废气再循环气体流动及混合过程研究

摘要

柴油机缸内气流运动对混合气的形成以及燃烧过程有着重大的影响，是降低油耗、减少排放和燃烧噪音的决定性因素之一，故柴油机的流动问题一直都是设计者关注的焦点问题。现代柴油机普遍采用废气再循环技术（EGR），这是降低柴油机Nox排放十分有效的手段之一，这时EGR同新鲜充量的混合流动过程就显得非常重要，让我们可以清晰的看到EGR的作用及影响。 在柴油机流动问题的研究中，虽然可以用实验仪器进行测量，但柴油机结构十分复杂，往往不能得到有关的详细信息。与试验相比较，采用多维数值模拟方法解决流动问题不仅可以大大降低研究费用，节省人力、物力，缩短开发周期，而且还可以获得一些实验不能测量或难以测量的结果，同时可以得到十分详细的流动信息，且能充分反映几何形状的影响。 本文中进排气道的三维实体模型的建立，首先是将灌注的硅胶模型进行扫描，生成气道的点云；然后在三维CAD软件中进行逆向建模，得到气道的三维实体模型。 在柴油机单缸工作过程流动多维瞬态数值模拟中，几何模型包含进气道(螺旋)、燃烧室(偏心布置)、排气道(切向)、气缸及进排气门，涉及了整个工作过程所需要的主要结构，其中在气门建立几何模型时做到了准确无误(形状、位置)。网格采用非连续的、完全非结构化的六面体，另外包含气门和活塞运动所需要的动网格。由于计算涉及到动网格，边界条件采用了动边界和静边界相结合，流动边界给出进排气道入口压力；对于气门边界，为了避免问题过于复杂，本文把气道、气门、气缸做一体化处理，即把计算域从缸内延伸到包括整个气门区域以及部分气道的整个区域，同时采用多维方法求解。通过多维瞬态数值模拟计算，主要分析了进气过程气体流场分布、压缩过程气体流场分布及带有内外部EGR时气体流动混合情况（主要是混合气体组分浓度及温度的混合），并通过计算比较了不同EGR率及不同转速下的混合过程。通过研究掌握引入EGR对缸内温度、组份浓度场的影响，为进一步研究EGR对缸内燃烧及排放的影响奠定基础。