本文關(guān)鍵詞：基于STAR-CD的中速柴油機(jī)燃燒過程三維數(shù)值模擬

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【摘要】：本文采用STAR-CD軟件,對(duì)某型船用中速柴油機(jī)在不同的噴霧錐角、不同噴孔直徑情況下缸內(nèi)的燃燒質(zhì)量和排放物的生成進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析,研究不同優(yōu)化結(jié)果對(duì)柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒和污染物排放的影響,得出以下結(jié)論：1)首先針對(duì)某型船用柴油主機(jī),運(yùn)用通用流體CFD軟件STAR-CD建立其燃燒室的三維燃燒計(jì)算模型,并通過計(jì)算得到了缸內(nèi)平均壓力曲線的模擬結(jié)果。最后將模擬結(jié)果與臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,模擬計(jì)算值與實(shí)測(cè)值吻合較好,可以模擬柴油機(jī)的實(shí)際工作情況,同時(shí)也為后續(xù)噴油系統(tǒng)數(shù)值優(yōu)化計(jì)算提供依據(jù)。2)在額定工況下,運(yùn)用該計(jì)算模型對(duì)不同噴霧錐角下柴油機(jī)燃燒室內(nèi)的工作過程進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果表明：(1)當(dāng)噴霧錐角為144°時(shí),油束直接噴到活塞頂面,造成燃燒室內(nèi)產(chǎn)生局部燃油堆積,不能與缸內(nèi)空氣充分混合,致使缸內(nèi)的平均溫度和平均壓力下降,缸內(nèi)產(chǎn)生結(jié)碳以及污染物增多。(2)隨著噴霧錐角的增大,當(dāng)噴霧錐角達(dá)到155°時(shí),燃油與空氣混合得更加均勻,使得缸內(nèi)的平均壓力和溫度升高,最高爆壓從噴霧錐角為144°時(shí)的13.51MPa上升到155°時(shí)的14.54MPa,溫度由噴霧錐角為144°時(shí)的1385K增加到155°時(shí)的1551K,同時(shí)缸內(nèi)的平均壓力曲線所圍成的面積越大,柴油機(jī)的動(dòng)力性越好,同時(shí)NOx的生成量增大,碳煙生成量減小。(3)綜合以上考慮,本文選擇噴霧錐角為155°時(shí),基本實(shí)現(xiàn)了油束夾角與燃燒室的最佳匹配,此時(shí)缸內(nèi)燃燒比較充分,最高爆發(fā)壓力增高,使得柴油機(jī)動(dòng)力性升高,同時(shí)也提升了柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。3)在額定工況下,通過該計(jì)算模型對(duì)不同噴孔方案下柴油機(jī)燃燒室內(nèi)的工作過程進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果表明：(1)隨著噴孔方案的不同,噴孔直徑的增大,燃油油束的貫穿距離也同樣不斷增加。從而使得噴霧霧化后的燃油蒸汽能夠與更多的氧氣充分混合,缸內(nèi)開始燃燒的可燃混合氣的范圍變大,從而使缸內(nèi)的平均壓力和溫度均升高。(2)由方案3所得出的缸內(nèi)最高平均壓力值和缸內(nèi)的最高平均溫度值均要高于其他2個(gè)噴孔方案,同時(shí)NOx的生成量增多,Soot的生成量下降。(3)通過綜合考慮船用柴油機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和降低排放,故而選擇柴油機(jī)的噴孔孔數(shù)為8、噴孔直徑為4.5mm的噴孔方案為最優(yōu)方案。
【關(guān)鍵詞】：船用中速柴油機(jī) 三維燃燒計(jì)算模型 數(shù)值模擬 噴霧錐角 噴孔直徑
【學(xué)位授予單位】：集美大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U664.121.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Absrtact6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 選題背景10-13
• 1.1.1 能源短缺問題10-11
• 1.1.2 環(huán)境污染問題11-13
• 1.2 內(nèi)燃機(jī)燃燒過程數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 內(nèi)燃機(jī)燃燒過程數(shù)值模擬的發(fā)展與分類14-15
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)外內(nèi)燃機(jī)多維燃燒模擬的發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.3 通用計(jì)算流體力學(xué)軟件分析及STAR—CD簡(jiǎn)介16-17
• 1.4 本文的主要工作17-19
• 第2章 柴油機(jī)燃燒過程三維數(shù)值計(jì)算的仿真模型19-29
• 2.1 基本控制方程19-20
• 2.2 湍流模型20-22
• 2.3 柴油機(jī)噴霧過程子模型22-24
• 2.3.1 噴嘴模型22-23
• 2.3.2 破碎模型23
• 2.3.3 液滴蒸發(fā)模型23
• 2.3.4 霧化模型23-24
• 2.4 湍流燃燒模型24-26
• 2.5 NO_x模型26-27
• 2.6 Soot模型27-28
• 2.7 本章小結(jié)28-29
• 第3章 船用中速柴油機(jī)三維數(shù)值模型的建立與驗(yàn)證29-34
• 3.1 幾何模型的建立29-30
• 3.2 動(dòng)網(wǎng)格的生成30-31
• 3.3 初始條件的設(shè)定31
• 3.4 模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比與分析31-32
• 3.5 本章小結(jié)32-34
• 第4章 船用中速柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒過程計(jì)算與分析34-59
• 4.1 不同噴霧錐角對(duì)柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒的影響34-44
• 4.1.1 不同噴霧錐角下缸內(nèi)速度矢量的分布34-35
• 4.1.2 不同噴霧錐角下缸內(nèi)燃油與氧氣的分布35-37
• 4.1.3 不同噴霧錐角下缸內(nèi)壓力與溫度的變化37-39
• 4.1.4 不同噴霧錐角下缸內(nèi)排放物的變化39-44
• 4.1.5 噴霧錐角的優(yōu)化44
• 4.2 噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒的影響44-57
• 4.2.1 不同噴孔方案下缸內(nèi)速度矢量的分布45-47
• 4.2.2 不同噴孔方案下缸內(nèi)氧氣的分布47-48
• 4.2.3 不同噴孔方案下缸內(nèi)溫度的分布48-51
• 4.2.4 不同噴孔方案下缸內(nèi)壓力與溫度的變化51-52
• 4.2.5 不同噴孔方案下缸內(nèi)排放物的變化52-57
• 4.2.6 噴孔方案的優(yōu)化57
• 4.3 本章小結(jié)57-59
• 第5章 結(jié)論及展望59-61
• 5.1 全文總結(jié)59-60
• 5.2 進(jìn)一步展望60-61
• 致謝61-62
• 參考文獻(xiàn)62-65
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文65

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 焦運(yùn)景;車用直噴式柴油機(jī)燃燒過程的多維數(shù)值模擬研究[D];天津大學(xué);2006年

2 吳校明;基于MARPOL73/78附則Ⅵ的船用柴油機(jī)排放控制研究[D];上海海事大學(xué);2006年

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本文編號(hào)：1009389