柴油机缸内气流运动规律的数值研究

摘要

内燃机缸内气流运动对可燃混合气的形成及燃烧过程有着至关重要的作用，它影响着内燃机的整体性能，一直是内燃机研究的一个重要方向。数值研究方法具有成本低、信息量丰富等特点，是研究缸内气流运动的重要手段。 本文基于KIVA3V计算平台，编写了求解流场参数的子程序，建立了发动机缸内流场计算模型，并将模拟结果和实验数据进行了对比，确保所采用的计算模型能够很好地模拟柴油机缸内流场的变化。 为了明确燃烧室结构参数对缸内流场的影响，本文采用简化燃烧室进行研究。主要研究了燃烧室结构参数对涡流比、湍流强度以及湍流结构的影响规律，并得到以下结论： 上止点附近缸内平均涡流比主要取决于气体旋转半径、流体的初始角动量、以及运动中的摩擦耗散。横截面上的平均涡流比除受上述三种因素影响外，还受燃烧室内涡环的影响，而涡环的强弱决定于活塞凹坑开口形式。不同横截面受涡环影响的程度不同，切向速度分布也各不相同，并且不能简单归结为刚体流与势流的组合。 缸内平均湍流强度主要受缸内平均涡流比、燃烧室形状因数和挤流强度影响，并且任一因素增大时，湍流强度都得到加强。随活塞上行，平均涡流比的影响程度呈线性下降，挤流强度的影响程度呈线性上升，燃烧室形状因数的影响程度趋于恒定。如果这三个因素均发生变化，则缸内湍流强度的总变化量要大于各因素贡献量之和，这说明缸内湍流强度不是各因素贡献量的简单线性叠加。 缸内平均涡流比、燃烧室形状因数和挤流强度决定着缸内高湍流强度区域的特性。燃烧室形状因数和初始涡流比增大时，高湍流强度部分的体积百分数增大，而高湍流强度部分的强度增幅较小；挤流强度增加时，高湍流强度部分的体积百分数减小，而高湍流强度部分的强度增幅急剧上升。 如果设计的燃烧室轮廓和湍流强度等值线相符合，则能在不改变缸内高湍流强度区域特性的情况下，提高进气充量的利用率。 本文采用简化燃烧室分析了柴油机缸内气流运动的规律，从而为燃烧室设计提供了理论依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1前言

1.2内燃机缸内流场研究方法及国内外研究现状

1.2.1内燃机缸内流场的实验研究

1.2.2内燃机缸内流场的数值研究

1.3本文选题意义

1.4本文研究内容

第二章KIVA-3V程序简介及计算模型

2.1 KIVA-3V程序结构简介

2.1.1 KIVA3V前处理

2.1.2主程序KIVA-3V

2.1.3后处理

2.2 KIVA3V程序的湍流模型

2.3计算模型标定

第三章柴油机缸内涡流比变化规律

3.1燃烧室结构及参数定义

3.2柴油机缸内平均涡流比的影响因素

3.3燃烧室横截面平均涡流比分布

3.4燃烧室横截面切向速度分布

3.5本章小结

第四章柴油机缸内湍流变化规律

4.1柴油机缸内湍流强度的影响因素

4.1.1缸内平均涡流比对湍流强度的影响

4.1.2燃烧室形状因数对湍流强度的影响

4.1.3缸内挤流对湍流强度的影响

4.1.4三个因素共同作用对缸内湍流强度的影响

4.2柴油机缸内湍流分布

4.2.1平均涡流比对湍流分布的影响

4.2.2燃烧室形状因数对湍流分布的影响

4.2.3挤流强度对湍流分布的影响

4.3燃烧室轮廓对湍流分布的影响

4.4本章小结

第五章全文总结和工作展望

5.1全文总结

5.2工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

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