本文關(guān)鍵詞：重型柴油機(jī)燃油破碎模型匹配及噴射參數(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 柴油機(jī) 破碎模型 噴射參數(shù) KIVA-3V

【摘要】：柴油發(fā)動(dòng)機(jī)自問(wèn)世以來(lái)就以其熱效率高、一氧化碳排放量低、耐久性與可靠性好而成為動(dòng)力機(jī)械最重要的裝置之一。近年來(lái),隨著世界各國(guó)排放法規(guī)的日益嚴(yán)格,各行業(yè)對(duì)動(dòng)力機(jī)械的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求,柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展也呈現(xiàn)出了突飛猛進(jìn)的趨勢(shì)。然而,使用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行技術(shù)研究,雖然有很高的可靠性和實(shí)用性,但該方法會(huì)大幅增加科學(xué)研究的時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本。隨著CFD (Computational Fluid Dynamics)計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)的日益成熟,使用專業(yè)計(jì)算程序或軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行模擬仿真為發(fā)動(dòng)機(jī)的科學(xué)研究開辟了一條全新的道路。本文針對(duì)Caterpillar 3400系列重型柴油機(jī)進(jìn)行研究,這一系列機(jī)型是Caterpillar公司研發(fā)的經(jīng)典重型柴油機(jī)系列,多年來(lái)積累下了一整套可靠有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),為之后的研究者留下了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。本文首先利用Pro/E三維制圖軟件繪制發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的幾何模型,然后利用ANSYS專業(yè)有限元分析軟件中的ICEM模塊對(duì)三維幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,并生成相應(yīng)格式的網(wǎng)格文件；然后將網(wǎng)格文件、初始參數(shù)和邊界條件的文件,以及詳細(xì)的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理文件一并導(dǎo)入KIVA-3V內(nèi)燃機(jī)模擬計(jì)算程序進(jìn)行三維模擬仿真計(jì)算,并將其計(jì)算結(jié)果使用TECPLOT專業(yè)數(shù)據(jù)后處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和分析。在燃油破碎模型的匹配驗(yàn)證方面,本文針對(duì)四種不同的燃油噴孔參數(shù)進(jìn)行,分別為噴孔數(shù)量為8,噴孔直徑為225微米、噴孔數(shù)量為8,噴孔直徑為260微米、噴孔數(shù)量為6,噴孔直徑為260微米以及噴孔數(shù)量為6,噴孔直徑為300微米。針對(duì)四種噴孔參數(shù)使用目前廣泛應(yīng)用的Kelvin-Helmholtz and Rayleigh Taylor (KH-RT)破碎模型進(jìn)行匹配驗(yàn)證,得到了較好的匹配結(jié)果,說(shuō)明了發(fā)動(dòng)機(jī)三維模擬計(jì)算的可靠性。驗(yàn)證了破碎模型之后,詳細(xì)討論了該破碎模型中的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)、初始條件、邊界條件、燃油噴霧錐角等不確定參數(shù)對(duì)于不同的燃油噴射時(shí)刻所產(chǎn)生影響的敏感性,探究在不確定性參數(shù)變化范圍相同的情況下,對(duì)于不同的燃油噴射時(shí)刻,發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)壓力變化、燃油消耗率變化、氮氧化物排放情況的變化以及碳煙排放情況的變化幅度,總結(jié)出不同噴油時(shí)刻對(duì)應(yīng)不確定參數(shù)的影響程度。針對(duì)一臺(tái)重型柴油機(jī),分析不同的燃油噴射策略配合EGR技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)壓力、滯燃期、燃油消耗率、排放情況等方面的影響,其中分別探討了燃油噴射時(shí)刻、雙次噴射策略的預(yù)噴射燃油量的大小、預(yù)噴射與主噴射的時(shí)間間隔、EGR率等方案對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程以及排放情況的影響,為重型柴油機(jī)模擬仿真提供參考。
【關(guān)鍵詞】：柴油機(jī) 破碎模型 噴射參數(shù) KIVA-3V
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK421
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-20
• 1.1 燃油噴霧破碎模型的研究現(xiàn)狀以及計(jì)算網(wǎng)格的影響現(xiàn)狀9-15
• 1.1.1 燃油噴霧破碎模型的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-14
• 1.1.2 計(jì)算網(wǎng)格的影響現(xiàn)狀14-15
• 1.2 初始條件和邊界條件不確定性參數(shù)的影響現(xiàn)狀15-17
• 1.2.1 初始條件和邊界條件不確定性參數(shù)影響的國(guó)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 初始條件和邊界條件不確定性參數(shù)影響的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 大功率柴油機(jī)燃油噴射參數(shù)優(yōu)化的研究現(xiàn)狀17-20
• 1.3.1 大功率柴油機(jī)燃油噴射參數(shù)優(yōu)化的國(guó)外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.2 大功率柴油機(jī)燃油噴射參數(shù)優(yōu)化的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀18-20
• 2 仿真模型建立與數(shù)值模擬方法20-27
• 2.1 Caterpillar 3400系列柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)20-21
• 2.2 仿真模型的建立21-23
• 2.2.1 物理模型21
• 2.2.2 網(wǎng)格劃分21-23
• 2.3 數(shù)值模擬方法23-27
• 2.3.1 KIVA簡(jiǎn)介23
• 2.3.2 數(shù)值模擬參數(shù)輸入23-25
• 2.3.3 KIVA計(jì)算程序控制方程25-27
• 3 燃油破碎模型的匹配驗(yàn)證27-53
• 3.1 8×225μm直徑噴孔的模擬驗(yàn)證28-34
• 3.1.1 噴油時(shí)刻為上止點(diǎn)前的模擬驗(yàn)證29-32
• 3.1.2 噴油時(shí)刻為上止點(diǎn)后的模擬驗(yàn)證32-34
• 3.1.3 燃油經(jīng)濟(jì)性與排放情況的模擬驗(yàn)證34
• 3.2 8×260μm直徑噴孔的模擬驗(yàn)證34-40
• 3.2.1 噴油時(shí)刻為上止點(diǎn)前的模擬驗(yàn)證34-37
• 3.2.2 噴油時(shí)刻為上止點(diǎn)后的模擬驗(yàn)證37-40
• 3.2.3 燃油經(jīng)濟(jì)性與排放情況的模擬驗(yàn)證40
• 3.3 6×260μm直徑噴孔的模擬驗(yàn)證40-46
• 3.3.1 噴油時(shí)刻為上止點(diǎn)前的模擬驗(yàn)證40-43
• 3.3.2 噴油時(shí)刻為上止點(diǎn)后的模擬驗(yàn)證43-46
• 3.3.3 燃油經(jīng)濟(jì)性與排放情況的模擬驗(yàn)證46
• 3.4 6×300μm直徑噴孔的模擬驗(yàn)證46-53
• 3.4.1 噴油時(shí)刻為上止點(diǎn)前的模擬驗(yàn)證46-49
• 3.4.2 噴油時(shí)刻為上止點(diǎn)后的模擬驗(yàn)證49-51
• 3.4.3 燃油經(jīng)濟(jì)性與排放情況的模擬驗(yàn)證51-53
• 4 柴油機(jī)不確定性參數(shù)對(duì)燃燒過(guò)程影響的敏感性研究53-74
• 4.1 KH-RT破碎模型經(jīng)驗(yàn)參數(shù)對(duì)柴油機(jī)燃燒過(guò)程影響的敏感性53-61
• 4.2 初始條件對(duì)柴油機(jī)燃燒過(guò)程影響的敏感性61-65
• 4.3 邊界條件對(duì)柴油機(jī)燃燒過(guò)程影響的敏感性65-69
• 4.4 噴霧錐角對(duì)柴油機(jī)燃燒過(guò)程影響的敏感性69-74
• 5 噴油策略及EGR對(duì)柴油機(jī)燃燒和排放情況的影響74-88
• 5.1 燃油噴射時(shí)刻對(duì)缸內(nèi)燃燒和排放情況的影響75-77
• 5.2 雙次噴射策略對(duì)柴油機(jī)燃燒和排放情況的影響77-84
• 5.2.1 預(yù)噴射與主噴射間隔對(duì)燃燒和排放情況的影響77-82
• 5.2.2 預(yù)噴射量對(duì)燃燒和排放情況的影響82-84
• 5.3 雙次噴射與EGR技術(shù)相結(jié)合對(duì)柴油機(jī)燃燒和排放情況的影響84-88
• 結(jié)論88-91
• 全文工作總結(jié)88-90
• 研究工作展望90-91
• 參考文獻(xiàn)91-94
• 致謝94-95

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本文編號(hào)：1036160