本文關鍵詞：非道路用柴油機缸內氣體流動與噴霧三維數值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 在非道路移動機械中,絕大多數是以柴油機作為動力。隨著能源與環(huán)境問題持續(xù)受到關注,我國已經對非道路用柴油機制定了嚴格的排放標準。為了滿足日益嚴格的排放標準,有必要采取有效的措施來降低非道路用柴油機的廢氣排放。對于中小型非道路用柴油機而言,優(yōu)化油、氣、燃燒室三者之間的匹配是降低尾氣排放最重要的手段之一。隨著數值模擬計算方法的不斷發(fā)展,人們得以能詳細研究柴油機缸內流場及噴霧過程,進而可以輔助我們對燃燒系統(tǒng)進行優(yōu)化設計。本文利用STAR-CD軟件對非道路用柴油機TY3100的進氣壓縮及噴霧過程進行了三維數值模擬研究。 首先,應用逆向工程技術和三維繪圖軟件UG建立了包括進排氣道、氣缸、燃燒室在內的柴油機三維實體模型,再利用內燃機網格生成工具ES-ICE建立了柴油機三維實體動網格模型,并借助發(fā)動機仿真軟件GT-POWER提供了用于CFD模擬的初始和邊界條件。 其次,對發(fā)動機進氣壓縮過程進行了三維瞬態(tài)數值模擬,得到了氣體的流場、溫度場和壓力場的分布,以及如湍動能、渦流比等流動參數隨曲軸轉角變化的曲線,并深入研究了進氣道、缸內氣體的流動狀態(tài)以及壓縮階段燃燒室內的湍流運動,分析了螺旋進氣道的形狀、燃燒室偏心等因素對缸內氣流運動的影響。分析結果表明,進氣過程中,缸內氣體由紊亂的流動變?yōu)闇u流運動；螺旋進氣道存在氣流交匯區(qū)域,降低了氣道流通性能；氣門座內存在氣流運動,并能在壓縮末期產生較高的湍流區(qū)域；啞鈴型燃燒室使得擠流運動強烈,并且明顯增強了缸內的渦流強度,燃燒室偏心布置使得缸內氣流運動不均勻,不利于油氣的混合。 第三,對發(fā)動機燃油噴射過程進行了三維數值模擬模擬,深入研究了每個油束的霧化歷程以及油氣混合氣在缸內的運動規(guī)律,分析了油束夾角、渦流強度等因素對噴霧過程的影響。研究表明,由于油嘴與燃燒室位置的不對稱性,各個噴孔油束的貫穿度并不一致,各個噴孔方向上燃油噴射狀況也存在明顯的差異,使得缸內燃油分布不均勻。 此外,本文還著重研究了燃燒室形狀對缸內氣體流動及噴霧的影響。針對應用較為廣泛的啞鈴型燃燒室設計了三種燃燒室方案,分析了燃燒室的結構參數對渦流特性、壓縮擠流運動、燃油霧化等的影響。利用對模擬結果的比較選出了一個較佳的燃燒室設計方案,該方案在實際的發(fā)動機排放測試中被證明達到了較佳的排放效果。數值模擬加深了作者對發(fā)動機內部流場以及噴油霧化的認識,模擬的結果也可以為進一步優(yōu)化TY3100柴油機的結構、性能參數提供理論依據。
【關鍵詞】：非道路柴油機 噴霧 CFD 螺旋進氣道 啞鈴型燃燒室
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TK421
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 引言10-11
• 1.2 非道路用柴油機排放法規(guī)及其控制技術11-13
• 1.3 內燃機進氣道—缸內氣體流動數值模擬發(fā)展現狀13-15
• 1.4 內燃機噴霧過程數值模擬發(fā)展現狀15-17
• 1.5 本文研究的主要內容17-18
• 第2章 氣體流動三維數值模擬方法18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 數學模型18-21
• 2.2.1 氣體流動控制方程18-20
• 2.2.2 湍流運動模型20-21
• 2.3 數值計算方法21-24
• 2.3.1 控制方程的離散化22
• 2.3.2 差分格式22
• 2.3.3 離散方程組的計算方法22-23
• 2.3.4 代數方程組的求解方法23-24
• 2.4 初始條件和邊界條件24-25
• 2.4.1 初始條件24
• 2.4.2 邊界條件24-25
• 2.5 計算網格模型的建立25-30
• 2.5.1 幾何模型的建立26-27
• 2.5.2 動網格的生成27-29
• 2.5.3 氣道和燃燒室網格的生成29-30
• 2.5.4 網格的合并30
• 2.6 本章小結30-31
• 第3章 進氣壓縮過程三維瞬態(tài)數值模擬31-52
• 3.1 計算條件的設定31-32
• 3.2 計算結果及分析32-51
• 3.2.1 缸內平均參數的變化32-35
• 3.2.2 氣道內氣體流動情況35-41
• 3.2.3 進氣壓縮流動變化過程41-47
• 3.2.4 壓縮末期缸內流動分析47-49
• 3.2.5 氣門座對氣流運動的影響49-51
• 3.3 本章小結51-52
• 第4章 噴霧過程三維瞬態(tài)數值模擬52-64
• 4.1 噴霧模型52-56
• 4.1.1 Reitz—Diwakar液滴破碎模型52-53
• 4.1.2 沸騰模型53
• 4.1.3 Effective噴嘴模型53-54
• 4.1.4 Huh模型54-56
• 4.1.5 Bai撞壁模型56
• 4.2 燃油噴射的霧化歷程56-61
• 4.3 油束夾角對噴霧的影響61-63
• 4.4 本章小結63-64
• 第5章 燃燒室對缸內氣流運動及噴霧的影響64-74
• 5.1 引言64
• 5.2 直噴式燃燒室的設計64-66
• 5.3 燃燒室對缸內氣流運動的影響分析66-69
• 5.4 燃燒室對混合氣形成的影響分析69-73
• 5.5 本章小結73-74
• 第6章 總結及展望74-76
• 6.1 全文總結74-75
• 6.2 工作展望75-76
• 參考文獻76-79
• 致謝79-80
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文80

【引證文獻】

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1 何文劍;孫平;王唯棟;;柴油機進氣過程三維瞬態(tài)數值模擬研究[J];車輛與動力技術;2011年04期

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中國博士學位論文全文數據庫 前1條

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本文編號：360444