车用直喷式柴油机燃烧过程的多维数值模拟研究

摘要

由于柴油机的高效、节能、经济实用以及大转矩的特点,越来越多的汽车开始以柴油机为动力.研究车用直喷式柴油机的燃烧过程,提高其动力性和经济性,降低NO<,x>和碳烟排放,成为一项很有意义的工作.对燃烧过程的研究除传统的试验方法外,建立在试验基础上的内燃机燃烧过程的数值模拟也是一项强有力的措施. 本文系统的论述了缸内燃烧过程的三维数值模拟计算模型和数值计算方法,对缸内气体的气相湍流流动模型,柴油喷雾模型和缸内燃烧模型在理论上进行了具体的分析.应用AVL公司开发的三维数值模拟FIRE软件,对直喷式柴油机的气流运动过程、喷雾过程和燃烧过程进行数值模拟仿真计算,详细地展示了缸内流场、喷雾发展形态及空间分布情况和缸内的温度场以及排放物浓度分布情况. 应用FIRE软件,本文主要从以下两方面对一台4100型车用直喷式柴油机的燃烧过程进行了详尽的模拟计算与分析:①燃烧室形状:在压缩比e=17.5的情况下,开发设计了几种不同形状的燃烧室,对比了这几种燃烧室的缸内流场,分析了不同形状燃烧室的缸内温度及排放物浓度分布情况.②喷射参数:对于相同形状的燃烧室,采用不同的喷射参数,如喷嘴的凸出高度,喷油提前角,以及喷雾油束轴线与缸头安装喷油器的孔轴线的夹角,从这几方面进行模拟仿真计算. 得出恰当的喷嘴凸出高度可以使NOx和碳烟的排放有所降低.喷油提前角延迟,则NOx生成物降低,放热率也有所降低.通过对不同的喷射参数进行模拟仿真计算,得出最佳匹配参数.并将模拟计算结果与实测结果进行比较,验证了计算模型选取的合理性并指导了试验. 本文最后对缸内燃烧过程进一步的深入研究进行了展望.

目录

文摘

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第一章绪论

引言：

1.1研究目的和意义

1.2直喷式柴油机燃烧过程数值模拟研究的发展与现状

1.2.1计算机模拟概述

1.2.2内燃机燃烧过程数值模拟的发展

1.2.3柴油机多维燃烧模拟的现状与发展

1.3本文的主要内容

第二章直喷式柴油机多维数值模拟计算模型

2.1气相湍流流动模型

2.1.1湍流概述

2.1.2湍流的数值模拟方法

2.1.3描写湍流流动的基本守恒方程

2.1.4湍流对流换热的雷诺应力时均方程

2.1.5湍流模型

2.1.6壁面函数法

2.2柴油机喷雾数值模拟模型

2.2.1基本方程

2.2.2子模型

2.3柴油机中燃烧的数值模拟

2.3.1燃烧模型

2.3.2 NOx形成模型

2.3.3微粒的生成机理和氧化模型

2.4本章小结

第三章柴油机燃烧模拟模型的建立及其验证

3.1直喷式柴油机缸内燃烧过程的数值计算

3.1.1计算对象

3.1.2几何模型的建立与网格划分

3.1.3计算初始参数的确定

3.1.4计算模型的选取

3.2计算结果及分析

3.2.1喷雾流场的模拟及分析

3.2.2排放物浓度分布

3.3计算模型的验证

3.3.1试验条件

3.3.2试验结果与模拟结果的比较分析

3.4本章小结

第四章影响直喷式柴油机燃烧及排放的多维数值模拟研究

4.1计算对象

4.2不同燃烧室形状对燃烧及排放影响的数值模拟研究

4.2.1燃烧室的形状参数设计及网格划分

4.2.2最大转矩工况点的研究结果及分析

4.2.3标定转速工况下的计算结果及分析

4.2.4数值模拟结果与实验结果对比

4.3不同的喷射参数对燃烧排放性能的影响

4.3.1喷油嘴凸出高度

4.3.2喷油提前角的影响

4.3.3喷雾油束轴线倾斜角度的影响

4.4本章小结

第五章全文总结及工作展望

5.1全文结论

5.2工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢