直喷柴油发动机燃烧室形状和喷射规律研究

摘要

由于柴油机具有高效、节能以及大转矩输出的特点，汽车开始越来越多地以柴油机为动力。研究直喷柴油机的混合气形成和燃烧过程，对提高其动力性和经济性，降低污染物排放具有重要的意义。对内燃机燃烧过程的研究除采用传统的试验方法外，进行建立在试验基础上的燃烧过程数值模拟，也是一项强有力的措施。本文利用AVL公司的FIRE软件对国产CA6DEl-21重型车用柴油机的混合气形成及燃烧过程进行了数值模拟：着重分析发动机工作过程中缸内速度场、湍流动能、温度场、浓度场和排放物NO的分布规律，研究燃烧室形状与喷射规律等因素对直喷发动机性能的影响规律。论文涉及的工作如下： ①通过对Ⅰ型和Ⅱ型燃烧室缸内气体流动特点进行分析，得到凸台形状对燃烧室内气体流动的影响规律；通过对直口型和缩口型燃烧室气体流动特点进行分析，表明缩口型燃烧室有利于形成强度较大的涡流，同时气体流动性保持较好，有利于后期燃烧扩散，降低排放；而直口型的优点在于燃烧初期火焰向缸内扩散较好。同时分析三种燃烧室缸内流场、湍流动能场、温度场、浓度场和NO生成的变化规律。 ②以缩口ωⅠ型燃烧室为模型，选择单次喷射和预喷射两种不同的喷射规律进行分析。结果表明：预喷射和单次喷射相比，由于提前预热作用，使主喷期缩短，缸内温度降低，NO生成量减少。 ③进行燃烧室结构和喷射规律的优化设计，使混合气形成和燃烧过程达到最优状态；使缸内温度场和浓度场分布均匀，燃烧排放物水平相对较低。结果表明：优化设计燃烧室形状和喷射规律可以明显改善直喷柴油机的燃烧和排放性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1国内外排放法规的发展

1.2现代柴油机机节能与减排技术

1.3直喷柴油机的发展过程

1.4柴油机燃烧过程数值模拟研究的发展

1.5CFD软件在柴油机上的应用

1.6FIRE软件简介

1.7本文的研究内容及意义

2燃烧模型的建立

2.1发动机基础参数

2.2燃烧室结构设计

2.3三维模型建立

2.4计算网格生成

2.5计算初始条件和边界条件

2.6数学模型及算法选择

2.7计算方法

2.8本章小结

3燃烧室结构对流场特性影响分析

3.1燃烧室形状对缸内混合气形成的影响

3.2燃烧室形状对燃烧过程的影响

3.3 NO排放物生成规律分析

3.4本章小结

4喷射规律对流场特性影响分析

4.1喷射模拟结果分析

4.2缸内温度场变化分析

4.3缸内浓度场变化分析

4.4预喷射燃烧过程分析

4.5 NO生成规律分析

4.6本章小结

5燃烧室和喷射规律匹配优化

5.1燃烧室结构参数优化

5.2喷射规律优化

5.3气体流场分析

5.4湍流动能场分析

5.5温度场分析

5.6浓度场分析

5.7NO排放物生成分析

5.8本章小结

6全文总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

作者攻读硕士学位期间的主要研究工作简介

致 谢