本文關(guān)鍵詞：先進湍流模型在發(fā)動機缸內(nèi)流動模擬中的應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： RANS模擬 GRNG模型 KIVA3V 內(nèi)燃機缸內(nèi)流動 噴霧 燃燒

【摘要】：內(nèi)燃機缸內(nèi)湍流流動作為其工作過程中最為重要和基礎(chǔ)的部分之一,對內(nèi)燃機缸內(nèi)的噴霧、油氣混合、燃燒和排放過程均有直接影響,準(zhǔn)確模擬內(nèi)燃機缸內(nèi)湍流流動對于發(fā)動機的設(shè)計至關(guān)重要。然而,缸內(nèi)湍流強烈的瞬變性、壓縮性以及各向異性的特點使現(xiàn)有數(shù)值模擬方法難以實現(xiàn)完全精確的數(shù)值模擬。雖然近年來計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展促進了精度更高的大渦模擬(LES)方法和直接數(shù)值模擬(DNS)技術(shù)的發(fā)展,但是其高額的計算成本在實際工程應(yīng)用中的實用性仍然較差。相比之下,對于計算效率更高、實用性更強的雷諾平均(RANS)模型的研究和改進仍然具有發(fā)展空間。本文使用三維計算流體力學(xué)(CFD)計算程序KIVA3V,采用最新發(fā)展的RANS湍流模型——廣義RNG (GRNG)模型,對多種內(nèi)燃機缸內(nèi)流動狀態(tài)進行了數(shù)值模擬,探究該模型對于內(nèi)燃機缸內(nèi)進氣流動過程、噴霧過程、燃燒和排放過程的預(yù)測性能,同時考慮工況參數(shù)(渦流比、噴油壓力和負(fù)荷)以及網(wǎng)格密度的影響,將計算結(jié)果與實驗值進行對比,從而對最新發(fā)展的GRNG模型進行較為全面的評估,進一步推廣和拓展GRNG模型的應(yīng)用范圍。本文主要在經(jīng)典的后臺階流流動、單氣門發(fā)動機進氣過程流動、冷態(tài)下內(nèi)燃機缸內(nèi)噴霧,光學(xué)發(fā)動機燃燒過程以及重載柴油機的燃燒和排放等過程中對GRNG模型進行模擬驗證,計算中以標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型和RNG模型作為參考和比較。研究結(jié)果表明：在流動的預(yù)測中,與標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型和RNG模型相比,GRNG模型都有明顯改進,尤其是對于后臺階流湍動能分布的預(yù)測上,與實驗結(jié)果吻合良好；對于噴霧的預(yù)測,與標(biāo)準(zhǔn)的k-ε模型相比,標(biāo)準(zhǔn)RNG和GRNG模型預(yù)測的貫穿距更長,與實驗值更接近,另外對于缸內(nèi)當(dāng)量比的空間分布形態(tài)的預(yù)測上,使用GRNG湍流模型的計算結(jié)果與實驗結(jié)果更為接近；在光學(xué)發(fā)動機燃燒過程的預(yù)測中,在不同的渦流比尺s(1.55、2.2、3.5和4.5)和噴油壓力Pinj (500 bar.860 bar和1220bar)條件下,與其他兩類湍流模型相比,GRNG模型對于缸內(nèi)壓力和放熱率的預(yù)測都取得了比較高的精度；對于重載柴油機低負(fù)荷(IMEP=0.44 MPa)、中負(fù)荷(IMEP=1.10 MPa)和高負(fù)荷(IMEP=1.95 MPa)下燃燒和排放的預(yù)測中,GRNG模型同樣展示了良好的預(yù)測性能。綜合多方面的研究結(jié)果來看,新發(fā)展的GRNG模型較標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型和RNG模型在對內(nèi)燃機缸內(nèi)流動的預(yù)測性能上有明顯改進,說明該模型在內(nèi)燃機缸內(nèi)流動模擬應(yīng)用中具有合理性和實用性。
【關(guān)鍵詞】：RANS模擬 GRNG模型 KIVA3V 內(nèi)燃機缸內(nèi)流動 噴霧 燃燒
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK401
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 湍流模型的分類10-12
• 1.2.1 雷諾平均RANS模型10-11
• 1.2.2 大渦模擬(LES)11-12
• 1.2.3 直接數(shù)值模擬(DNS)12
• 1.3 內(nèi)燃機RANS模型的研究進展12-14
• 1.4 廣義RNG(Generalized RNG model)模型簡介14-15
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容15-17
• 2 湍流模型的數(shù)學(xué)描述17-23
• 2.1 標(biāo)準(zhǔn)κ-δ模型17-18
• 2.2 基于重整化群理論的RNGκ-ε模型18-19
• 2.3 廣義RNGκ-ε模型(GRNG)19-23
• 3 流動中的模擬應(yīng)用23-39
• 3.1 后臺階流模擬23-30
• 3.1.1 后臺階流計算設(shè)置23-24
• 3.1.2 速度場和湍動能分布24-26
• 3.1.3 速度場的定量比較26-28
• 3.1.4 湍動能的定量比較28-30
• 3.2 單氣門發(fā)動機進氣流動模擬30-38
• 3.2.1 湍流模型間對比31-35
• 3.2.2 循環(huán)間差異35-38
• 3.3 本章小結(jié)38-39
• 4 冷態(tài)下內(nèi)燃機缸內(nèi)噴霧的預(yù)測39-52
• 4.1 發(fā)動機模型39-42
• 4.2 計算結(jié)果42-51
• 4.3 本章小結(jié)51-52
• 5 內(nèi)燃機燃燒過程的預(yù)測52-65
• 5.1 低載荷發(fā)動機中的應(yīng)用52-59
• 5.1.1 渦流比Rs的影響54-55
• 5.1.2 噴油壓力P_(inj)的影響55-56
• 5.1.3 溫度、當(dāng)量比和湍動能空間分布對比56-59
• 5.2 重載柴油機多負(fù)荷預(yù)測59-64
• 5.2.1 壓力與放熱率對比60-62
• 5.2.2 排放對比62-64
• 5.3 本章小結(jié)64-65
• 6 結(jié)論與展望65-67
• 參考文獻67-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況72-73
• 致謝73-74

【參考文獻】

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1 王寶林;韓志玉;楊小龍;;基于連續(xù)可變壓縮系數(shù)的內(nèi)燃機缸內(nèi)湍流數(shù)值計算[J];湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2008年02期

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本文編號：883824