汽油机进气及燃烧过程的多维数值模拟研究

摘要

内燃机缸内空气运动对混合气的形成和燃烧过程有决定性影响，因而也会影响发动机的动力性。对于汽油机而言，每循环进入气缸的新鲜燃油混合气质量越多，并组织良好的的进气流动，燃烧后才能放出更多的热量，从而增大发动机功率和扭矩。 本文采用发动机工作过程仿真软件AVL FIRE，分别对某型汽油机的进气及燃烧过程进行了仿真研究。 用FIRE软件建立该型汽油机进气过程的气道-气门-气缸部分三维动态网格，通过对进气过程进行三维数值模拟计算，详细的研究了气门由开启到关闭过程，缸内流场空间分布及随曲轴转角的变化情况，比较分析气缸内流速、湍动能和燃油浓度等参数的分布规律。 建立汽油机燃烧过程的计算网格，提出了适合本研究的网格尺度，确定缸内流场和燃烧过程的多维模拟数学模型，通过试验数据对湍流燃烧模型的参数进行标定，分别取得与实验值相吻合的起飞工况和续航工况模拟计算结果，重点分析了双火花塞点火后缸内的温度、压力以及燃油浓度的分布情况。 在此基础上，分别研究了火花塞点火模式、点火提前角和混合气浓度对该型汽油机燃烧性能的影响。模拟结果发现，对于该型燃烧室，火花塞布置在两侧时，发动机的动力性较好。采用双火花塞点火时，两个火花塞先后点火，可以在功率变化不大的情况下，降低压力升高率，增强汽油机工作柔性。

目录

文摘

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致谢

1绪论

1.1引言

1.2汽油机缸内气体流动及燃烧过程概述

1.2.1汽油机的进气道形式

1.2.2汽油机缸内的主要空气运动形式

1.3汽油机缸内燃烧过程的主要影响因素

1.3.1进气流动对燃烧过程的影响

1.3.2点火系统对燃烧过程的影响

1.3.3燃烧室形状对燃烧过程的影响

1.4汽油机工作过程多维数值模拟的国内外研究现状

1.4.1汽油机进气流动多维数值模拟的国内外研究现状

1.4.2汽油机燃烧过程多维数值模拟的国内外研究现状

1.5本文的主要工作

2.汽油机工作过程多维数值模型

2.1数值模拟方法的一般求解流程

2.2汽油机工作过程数值模拟的理论基础

2.2.1基本控制方程

2.2.2湍流模型

2.2.3湍流燃烧模型

2.3控制方程的离散化及求解

2.4本章小结

3.汽油机进气过程多维数值模拟研究

3.1几何模型及计算网格

3.2边界及初始条件的设定

3.3计算结果分析

3.3.1气道内流场分析

3.3.2缸内流场分析

3.3.3缸内湍动能场分析

3.3.4缸内燃油浓度分布

3.4本章小结

4.汽油机燃烧过程多维数值模型的建立

4.1计算网格的建立

4.2计算初始条件和边界条件

4.3网格大小对计算结果的影响

4.4湍流燃烧模型研究

4.4.1涡团破碎模型

4.4.2特征时间模型

4.4.3湍流火焰速度封闭矩模型

4.5湍流燃烧模型的确定及参数标定

4.6汽油机不同工况计算结果分析

4.7本章小结

5.燃烧系统参数对汽油机性能影响的多维数值模拟研究

5.1火花塞位置

5.1.1双火花塞点火介绍

5.1.2火花塞位置对燃烧性能的影响

5.1.3点火模式对燃烧性能的影响

5.2点火提前角

5.2.1同步双点火模式点火提前角的变化研究

5.2.2异步双点火模式点火提前角的变化研究

5.3混合气浓度

5.4本章小结

6.结论与展望

6.1结论

6.2展望

7.参考文献