二冲程缸内直喷汽油机扫气和喷油过程的多维数值模拟

摘要

二冲程汽油机具有升功率大、做功密集度大、结构简单、制造成本低以及便于维修等优点，然而其油耗高、排放差的致命缺点，限制了它的进一步应用。造成二冲程汽油机燃油消耗率过高和排放超标的主要原因是低速小负荷时的燃烧不稳定和扫气过程中的燃油短路损失。其中，燃烧不稳定可通过更好地组织扫气以及精确控制空燃比的途径解决；而采用缸内直喷技术，用新鲜空气进行扫气，可以解决燃油短路损失，使得HC排放大大降低。 本文使用计算流体动力学(CFD)软件对缸内直喷式二冲程汽油机的扫气和喷油过程进行了多维数值模拟，目的旨在利用理论计算方法对内燃机缸内气体的流动特性进行较为详尽的描述，建立发动机设计参数和运转参数之间的关系，为性能和指标的优化提供依据。发动机低负荷工况下的计算结果表明，当选择合适的喷雾方向和喷油器位置，推迟喷油宜于形成分层稀薄快燃的混合气；高负荷工况下的计算结果表明早喷有益于燃油和新鲜空气的充分混合，从而在点火时刻能够形成预混燃烧的均质混合气。同时，计算结果表明：喷油器的喷射压力是一个很重要的参数，它决定了喷射燃油的液滴直径和喷雾的贯穿距离，而这两个参数的特性又决定着在火花塞点火时刻燃烧室的充量特性。在低负荷工况下，为了避免油滴溅在活塞顶部或燃烧室的壁面上而产生有害油膜，喷射压力不易过大；在高负荷工况下，喷射压力越高，雾化越好，使得混合气越均匀。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1二冲程汽油机概论

1.2二冲程汽油机的新技术

1.2.1合理利用排气动力技术

1.2.2分层扫气技术

1.2.3缸内高压燃油喷射技术

1.2.4空气辅助式燃油喷射技术

1.2.5压缩波燃油喷射技术

1.2.6水锤式燃油喷射技术

1.3本研究所采用的燃油直喷技术

1.4发动机的多维数值模拟

1.5本课题的选题背景及工作安排

第二章控制方程、数值方法及计算模型

2.1基本控制方程

2.1.1组分m的质量守恒方程

2.1.2总的质量守恒方程

2.1.3动量守恒方程

2.1.4能量守恒方程

2.1.5状态方程

2.2数值方法

2.2.1 SIMPLE法和ALE法

2.2.2 ALE算法的数值解法

2.3计算模型

2.3.1湍流模型

2.3.2传质模型

2.3.3喷雾模型

第三章网格模型及初边值条件

3.1前言

3.2实验用发动机和喷油器的参数

3.2.1发动机的参数

3.2.2喷油器的参数

3.3模拟计算区域的选择

3.3.1模拟区域的选择

3.3.2计算区域的选择

3.4计算网格的创建

3.4.1三维网格的生成

3.4.2移动网格的生成

3.5初始条件和边界条件的确定

第四章计算结果与分析

4.1前言

4.2球顶燃烧室低负荷工况的数值模拟研究

4.2.1不同喷油时刻对混合气浓度分布的影响

4.1.2不同喷雾方向对混合气浓度分布的影响

4.3锥顶燃烧室低负荷工况的数值模拟研究

4.3.1不同喷油时刻对混合气浓度分布的影响

4.3.2不同喷油器位置对混合气浓度分布的影响

4.4球顶燃烧室高负荷工况的数值模拟研究

4.5锥顶燃烧室高负荷工况的数值模拟研究

4.6不同燃油液滴直径对混合气浓度分布的影响

第五章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢