高强化柴油机进气系统对柴油机性能影响的仿真研究

摘要

柴油机动力性和经济性的标准越来越高,优化柴油机燃烧过程是改善柴油机综合性能的重要方法。在柴油机中,进气系统的优劣是决定燃烧过程好坏的关键因素之一。进气系统对缸内的气体流动、燃油蒸发、油气混合以及燃烧过程影响都很大。本文采用三维仿真分析方法研究某高强化柴油机的进气系统对柴油机性能的影响,具有重要的理论意义和工程实用价值。
　　 本文应用FIRE软件对某高强化柴油机缸内工作过程进行了三维仿真研究,确定了高强化柴油机湍流运动、喷雾、燃烧的三维仿真数学模型。通过缸内燃烧压力和有效功率的实验结果标定喷雾破碎模型和多维燃烧模型参数,取得了与实验结果吻合的仿真计算结果,并研究了进气涡流比、进气温度和进气压力对缸内流动、燃油蒸发、油气混合及燃烧过程的影响规律。为了能够更直观、准确的描述柴油机的进气过程,本文建立了柴油机进气道-气门-燃烧室的计算模型,最后通过改变进气道的几何结构,研究了进气道的结构对柴油机性能的影响。
　　 首先构建了能够定量表征缸内流动、燃油蒸发、油气混合以及燃烧化学反应等的特征参数,并结合三维场分布云图,研究了进气涡流、进气压力、进气温度对特征参数以及三维场分布云图的影响规律,更加准确地揭示了进气涡流、进气压力和进气温度对缸内流动以及后期燃烧过程的影响机理。其次通过建立柴油机进气道-气门-燃烧室的计算模型,分析了进气过程中柴油机缸内气体的流动情况。最后将原型机的直进气道结构变为螺旋进气道和切向进气道结合的进气结构,研究了不同进气道结构对柴油机缸内气体流动以及后期的燃烧过程的影响,揭示了两种进气道结构在进气涡流、进气充量系数、涡流保持性等方面的差别。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 柴油机进气系统三维仿真的研究概况

1.2.2 缸内流动、蒸发混合及燃烧过程评价方法的研究概况

1.3 论文的主要工作

2 柴油机燃烧过程三维仿真的数学模型

2.1 气相湍流运动模型

2.2 喷雾模型

2.2.1 液滴蒸发模型

2.2.2 液滴破碎分裂模型

2.2.3 液滴湍流耗散模型

2.2.4 液滴碰撞与聚合模型

2.3 着火与燃烧模型

2.3.1 着火模型

2.3.2 湍流燃烧模型

2.4 本章小结

3 高强化柴油机燃烧过程三维仿真分析

3.1 几何模型的建立与网格划分

3.1.1 几何模型的建立

3.1.2 网格划分

3.2 计算初始条件和边界条件的确定

3.2.1 初始条件

3.2.2 边界条件

3.3 计算模型的选取及参数标定

3.3.1 计算模型的选取

3.3.2 EBU多维燃烧模型和WAVE破碎模型参数的影响及标定

3.4 计算结果分析与讨论

3.4.1 仿真与实验结果误差对比分析

3.4.2 高强化柴油机燃烧系统分析

3.5 本章小结

4 进气涡流对高强化柴油机性能影响的研究

4.1 缸内流动及蒸发混合特征参数的选取与构建

4.2 进气涡流对柴油机缸内流动特性的影响分析

4.2.1 进气涡流对缸内湍动能及挤流强度的影响分析

4.2.2 进气涡流对缸内气体角动量及涡流强度保持性的影响分析

4.3 进气涡流对柴油机蒸发、混合及燃烧过程的影响分析

4.3.1 进气涡流对燃油蒸发及油气混合的影响分析

4.3.2 进气涡流对燃烧过程的影响分析

4.4 进气涡流对柴油机性能的影响分析

4.5 本章小结

5 进气温度及进气压力对高强化柴油机性能影响的研究

5.1 进气温度对高强化柴油机性能的影响分析

5.1.1 进气温度对缸内流动特性的影响分析

5.1.2 进气温度对燃油蒸发及油气混合的影响分析

5.1.3 进气温度对燃烧过程的影响分析

5.1.4 进气温度对柴油机性能的影响分析

5.2 进气压力对高强化柴油机性能的影响分析

5.2.1 进气压力对缸内流动特性的影响分析

5.2.2 进气压力对燃油蒸发及油气混合的影响分析

5.2.3 进气压力对燃烧过程的影响分析

5.2.4 进气压力对柴油机性能的影响分析

5.3 本章小结

6 高强化柴油机进气过程流动分析及影响因素研究

6.1 柴油机进气道-气门-燃烧室系统计算模型的建立

6.2 柴油机进气过程流场的分析

6.2.1 缸内流场演变过程的分析

6.2.2 气缸内空间流场分布规律

6.2.3 缸内挤流形成及发展过程

6.3 进气道结构对缸内流动特性影响的分析

6.4 本章小结

7 全文总结与展望

7.1 全文总结

7.2 展望

参考文献

作者简历

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