發(fā)布時間：2017-10-09 13:33

  本文關(guān)鍵詞：高功率密度柴油機準(zhǔn)維燃燒模型研究

  更多相關(guān)文章： 高功率密度 柴油 液相長度 受限射流 準(zhǔn)維燃燒模型

【摘要】：現(xiàn)有柴油機準(zhǔn)維燃燒模型主要依據(jù)的是30多年前常規(guī)噴霧燃燒系統(tǒng)的噴射及油氣混合理論與試驗結(jié)果,受當(dāng)時實驗條件限制,關(guān)于柴油噴霧燃燒的許多現(xiàn)象無法觀察到,燃燒模型的建模過程中采用了許多簡化和假設(shè),并且大多燃燒模型是根據(jù)單束燃油噴霧試驗建立的,沒有考慮多油束受限空間噴霧對空氣卷吸的影響,在預(yù)測高功率密度柴油機缸內(nèi)噴霧燃燒時存在較大偏差,無法滿足高功率密度柴油機性能優(yōu)化設(shè)計的需求。因此,本文從柴油噴霧的氣液兩相貫穿現(xiàn)象以及受限空間噴霧卷吸規(guī)律方面開展了研究,建立了氣相兩相貫穿模型以及受限空間射流濃度分布理論關(guān)系式,并依據(jù)氣液兩相貫穿模型和受限空間氣相射流濃度分布規(guī)律,建立了基于氣液兩相貫穿分離現(xiàn)象并考慮受限空間噴霧的高功率密度柴油機準(zhǔn)維燃燒模型。全文具體工作如下:首先,為了在高功率密度柴油機準(zhǔn)維燃燒模型中采用濃度劃分小區(qū)和計算卷吸方式并考慮燃油液相的影響,需要從燃油噴霧氣液兩相分離現(xiàn)象出發(fā),對噴霧氣相和液相區(qū)分別進(jìn)行離散化。因此,針對氣液兩相貫穿分離開展相關(guān)理論推導(dǎo)工作,在理想噴霧假設(shè)基礎(chǔ)上,以燃油噴霧液相區(qū)為控制對象,通過綜合應(yīng)用能量守恒、質(zhì)量守恒和動量守恒等,并假設(shè)燃油蒸發(fā)受油氣混合過程限制,即混合限制蒸發(fā)理論,建立了噴霧液相貫穿模型,模型能夠預(yù)測燃油噴霧液相貫穿規(guī)律、液相長度以及液相長度處截面的飽和蒸氣狀態(tài)參數(shù)和當(dāng)量比;進(jìn)一步以噴霧中燃油完全蒸發(fā)后的氣相區(qū)為控制對象,通過控制面的質(zhì)量守恒和動量守恒,建立了噴霧氣相貫穿模型,模型能夠預(yù)測噴霧氣相貫穿規(guī)律。通過結(jié)合氣液兩相貫穿模型,能夠預(yù)測燃油噴霧中的氣液兩相貫穿規(guī)律,為高功率密度柴油機準(zhǔn)維燃燒模型的貫穿計算和小區(qū)劃分提供依據(jù)。其次,為了考慮高功率密度柴油機大油量、多油束和小空間受限空間對噴霧卷吸的影響,通過CFD仿真計算開展了受限空間氣相射流研究,建立了受限空間氣相射流CFD計算二維簡化模型,考慮了實際柴油機氣缸幾何尺寸限制以及多油束限制,分析了空間受限對氣相射流速度和燃油濃度分布及卷吸規(guī)律的影響。在CFD計算基礎(chǔ)上,開展了受限空間氣相射流截面濃度分布的定量分析,并定義了無量綱軸向距離?和無量綱射流夾角?,根據(jù)不同無量綱夾角下射流截面濃度分布系數(shù)隨無量綱軸向距離變化具有相似性,建立了受限空間參數(shù)與射流截面濃度分布系數(shù)之間的關(guān)系式。針對環(huán)境氣體壓力、射流速度和油束間夾角等參數(shù)設(shè)計了驗證方案,驗證受限空間參數(shù)與濃度分布系數(shù)關(guān)系式預(yù)測其它條件射流濃度分布規(guī)律的準(zhǔn)確性。驗證結(jié)果表明:不同驗證方案的分布系數(shù)均能與濃度分布關(guān)系式計算結(jié)果較好吻合,受限空間參數(shù)與射流截面濃度分布系數(shù)關(guān)系式預(yù)測不同缸內(nèi)氣體壓力、射流速度以及油束夾角的射流截面燃油濃度分布規(guī)律是合理的。然后,以建立的柴油噴霧氣液兩相貫穿模型為子模型,來預(yù)測氣液兩相貫穿、最大液相長度及最大液相長度處飽和蒸氣狀態(tài)參數(shù),并結(jié)合受限空間氣相射流的相關(guān)研究,建立了基于氣液兩相貫穿和受限空間噴霧卷吸的高功率密度柴油機準(zhǔn)維燃燒模型。模型從采用更符合高功率密度柴油機噴霧卷吸特性的燃油濃度劃分小區(qū)方式并考慮燃油液相影響的角度出發(fā),根據(jù)柴油噴霧氣液兩相分離現(xiàn)象,對噴霧氣相和液相區(qū)分別進(jìn)行離散化,液相區(qū)按時間步長劃分小區(qū),氣相區(qū)根據(jù)濃度分布劃分小區(qū),實現(xiàn)了濃度劃分小區(qū)方式與考慮燃油液相影響相結(jié)合,符合高功率密度柴油噴霧燃燒現(xiàn)象,對柴油機一般功率密度工況和高功率密度工況的缸內(nèi)燃燒都有較好的預(yù)測效果和精度。最后,開展了高功率密度柴油機準(zhǔn)維燃燒模的計算和試驗驗證工作。針對一臺重載柴油機,應(yīng)用參數(shù)試驗和最優(yōu)拉丁超立方設(shè)計相結(jié)合的方法設(shè)計燃燒模型計算和驗證試驗工況,驗證燃燒模型對一般功率密度柴油機缸內(nèi)燃燒以及NOx排放的預(yù)測能力;在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步針對高功率密度柴油機,開展燃燒模型的高功率密度工況試驗驗證工作,驗證燃燒模型對高功率密度工況燃燒過程的預(yù)測能力,并對比分析了不同功率密度下的傳統(tǒng)油滴蒸發(fā)燃燒模型與高功率密度燃燒模型的計算結(jié)果。綜合試驗驗證結(jié)果表明,高功率密度柴油機準(zhǔn)維燃燒模型對一般功率密度柴油機的不同轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、噴油壓力以及噴油正時等工況有較好的適應(yīng)性;同時對高功率密度工況的預(yù)測效果明顯優(yōu)于廣安模型,最高燃燒壓力的相對誤差較廣安模型減小約5%,并且壓縮過程和做功過程缸壓均能較好的與試驗結(jié)果吻合。
【關(guān)鍵詞】：高功率密度 柴油 液相長度 受限射流 準(zhǔn)維燃燒模型
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK421.2
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 常用符號縮寫表10-16
• 第一章 緒論16-38
• 1.1 前言16-18
• 1.2 高功率密度柴油機介紹18-20
• 1.3 燃油噴霧燃燒的研究現(xiàn)狀20-28
• 1.3.1 燃油噴霧燃燒可視化方法介紹20-22
• 1.3.2 燃油噴霧場形成與演變過程22-24
• 1.3.3 燃油噴霧燃燒及火焰結(jié)構(gòu)24-28
• 1.4 柴油機缸內(nèi)燃燒模擬的現(xiàn)狀與發(fā)展28-34
• 1.4.1 零維燃燒模型28-29
• 1.4.2 準(zhǔn)維燃燒模型29-33
• 1.4.3 多維燃燒模型33-34
• 1.5 本課題的研究意義和內(nèi)容34-38
• 1.5.1 研究意義和思路34-35
• 1.5.2 研究內(nèi)容35-38
• 第二章 柴油噴霧氣液兩相貫穿模型38-64
• 2.1 前言38
• 2.2 液相貫穿模型建立38-46
• 2.2.1 建模方法與假設(shè)38-41
• 2.2.2 液相貫穿模型推導(dǎo)41-46
• 2.3 氣相貫穿模型建立46-49
• 2.3.1 建模方法與假設(shè)46-48
• 2.3.2 氣相貫穿模型推導(dǎo)48-49
• 2.4 氣液兩相貫穿計算及驗證49-62
• 2.4.1 液相貫穿計算及驗證49-60
• 2.4.2 氣相貫穿計算及驗證60-62
• 2.5 本章小結(jié)62-64
• 第三章 高油濃度小空間柴油噴霧卷吸規(guī)律研究64-84
• 3.1 前言64
• 3.2 無限空間氣相射流計算64-69
• 3.2.1 數(shù)值計算方法64-66
• 3.2.2 無限空間氣相射流CFD模型及計算66-67
• 3.2.3 無限空間氣相射流計算及分析67-69
• 3.3 受限空間氣相射流計算及規(guī)律69-75
• 3.3.1 受限空間氣相射流CFD模型69-70
• 3.3.2 受限空間氣相射流計算及分析70-75
• 3.4 受限空間氣相射流濃度分布規(guī)律及驗證75-82
• 3.4.1 受限空間氣相射流濃度分布規(guī)律75-79
• 3.4.2 受限空間氣相射流濃度分布規(guī)律驗證79-82
• 3.5 本章小結(jié)82-84
• 第四章 高功率密度柴油機準(zhǔn)維燃燒模型建立84-103
• 4.1 前言84
• 4.2 準(zhǔn)維燃燒模型實現(xiàn)方法84-87
• 4.3 準(zhǔn)維燃燒模型建立87-99
• 4.3.1 氣液兩相貫穿87-88
• 4.3.2 小區(qū)空氣卷吸及混合88-90
• 4.3.3 小區(qū)的傳熱90-92
• 4.3.4 小區(qū)著火及燃燒92-93
• 4.3.5 小區(qū)及缸內(nèi)熱力參數(shù)計算93-94
• 4.3.6 燃燒工質(zhì)物性計算94-96
• 4.3.7 實際氣體的修正96-98
• 4.3.8 NO_x排放模型98-99
• 4.4 程序編制99-101
• 4.5 本章小結(jié)101-103
• 第五章 高功率密度柴油機試驗驗證103-143
• 5.1 前言103
• 5.2 某型重載柴油機試驗驗證103-129
• 5.2.1 試驗臺架及測試系統(tǒng)103-105
• 5.2.2 試驗方案設(shè)計105-107
• 5.2.3 單因子變量試驗驗證107-122
• 5.3.4 綜合工況試驗驗證122-129
• 5.3 高功率密度柴油機試驗驗證129-140
• 5.3.1 發(fā)動機臺架129-131
• 5.3.2 試驗方案設(shè)計131
• 5.3.3 不同功率密度試驗驗證131-140
• 5.4 本章小結(jié)140-143
• 第六章 全文總結(jié)與展望143-146
• 6.1 全文總結(jié)143-144
• 6.2 工作展望144-145
• 6.3 創(chuàng)新點說明145-146
• 參考文獻(xiàn)146-152
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表或錄用的論文及獲得的專利152-154
• 在校期間所獲榮譽154-155
• 致謝155

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本文編號：1000480