本文關鍵詞：柴油機噴油嘴流固熱耦合模擬研究

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【摘要】：本文基于柴油機噴嘴內流動和沉積物形成情況的已有研究成果,重點對噴油結束后噴孔內的燃氣倒流特性及噴嘴的溫度分布開展研究,以分析噴嘴內沉積物的成因。隨著柴油噴油間隔期的縮短以及多次噴射技術的逐漸普及,這一研究工程意義重大,有必要深入開展研究。目前,通過實驗方法很難獲取噴嘴內外的實際工作循環(huán)熱力學參數,所以本文采用CFD手段對全循環(huán)工作過程柴油機噴孔內流及溫度分布進行研究。對某款柴油發(fā)動機進行了BOOST一維性能模型的構建,根據額定性能指標矯正模型之后,仿真得到了CFD數值模擬所需的進排氣端口壓力和溫度瞬態(tài)邊界條件及其他相關參數,為噴嘴流固耦合數值模擬分析工作的開展打下了基礎。采用多款軟件聯合開展了柴油機幾何文件的構建及格式轉換工作,詳細論述了模型構建過程及導入CFD之前的文件轉換過程,論述了文件轉換過程的優(yōu)勢和必要性。本文提出通過將曲面建模、模型文件格式轉換、導入CFD幾何文件修補等環(huán)節(jié)分軟件分步處理的方式,可大幅提升復雜模型開展CFD計算的前期工作效率。針對CFD軟件設定不同區(qū)域邊界及初始計算條件,設定了湍流、噴霧、點火和燃燒模型參數并制定了計算結果輸出規(guī)則。開展基于柴油機工作循環(huán)缸內流場的噴嘴沉積物成因分析。在額定功率轉速工況開展整個工作循環(huán)缸內流場的數值模擬研究,分析缸內流場及熱力學參數的循環(huán)變動特點,著重分析噴嘴周圍瞬變高溫高壓的燃氣流場流動對噴孔及壓力室內區(qū)域的沖擊和熱力學影響,進而開展了由于噴孔射流后燃氣倒流沖擊產生的高溫沉積物成因分析�；贑FD軟件的super-cycle流固耦合計算技術,開展噴嘴缸內尖端部分的流固耦合模擬研究。利用內燃機周期性工作特點,對噴嘴耦合系統周期性瞬態(tài)傳熱展開計算,進而得出轉矩為最大值時內燃機整個工作循環(huán)內不同時刻的耦合溫度分布。分析缸內燃氣在整個工作循環(huán)中對噴嘴的加熱作用,同時根據噴嘴固體內部在工作循環(huán)中的溫度分布規(guī)律,分析導致噴嘴內外沉積物形成的原因。
【關鍵詞】：柴油機 噴嘴 沉積物 結焦 流固耦合 數值模擬
【學位授予單位】：南昌大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK423
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 選題背景及課題來源9-10
• 1.2 柴油機噴油嘴流固熱耦合模擬的研究現狀10-17
• 1.2.1 柴油機噴嘴孔內流研究現狀10-12
• 1.2.2 柴油機噴嘴沉積物研究現狀12-13
• 1.2.3 柴油機噴嘴數值模擬研究概況13-14
• 1.2.4 發(fā)動機流固耦合研究概況14-17
• 1.3 本文研究內容17-19
• 第2章 柴油機性能模擬及CFD邊界條件的確定19-29
• 2.1 內燃機性能仿真理論基礎19-22
• 2.1.1 缸內工作過程基本方程19
• 2.1.2 燃燒模型19-20
• 2.1.3 氣缸及氣道傳熱模型20-21
• 2.1.4 管內氣體動力學模型21-22
• 2.2 性能仿真模型建立及參數設置22-27
• 2.2.1 柴油機仿真模型23-24
• 2.2.2 主要參數設置24-27
• 2.3 缸內數值模擬邊界條件和初始條件提取27-28
• 2.4 本章小結28-29
• 第3章 缸內數值模型構建及計算前期處理29-48
• 3.1 CONVERGE的計算文件結構29-32
• 3.2 幾何文件模型的建立32-34
• 3.3 區(qū)域邊界劃分與流固域分配34-39
• 3.3.1 區(qū)域邊界劃分34-36
• 3.3.2 流體與固體區(qū)域的Boundary分配36-38
• 3.3.3 Boundary法線方向的設置38-39
• 3.4 壓縮比校核及調整39-40
• 3.5 網格劃分40-43
• 3.5.1 網格切割原理40-41
• 3.5.2 網格控制技術41-42
• 3.5.3 網格參數設定與局部細化策略42-43
• 3.6 數值模擬參數設定43-45
• 3.7 數據監(jiān)測點布局及輸出設置45-46
• 3.8 本章小結46-48
• 第4章 基于缸內循環(huán)的噴孔氣體倒流模擬分析48-61
• 4.1 數值模擬基本控制方程49-50
• 4.1.1 質量守恒方程49
• 4.1.2 動量守恒方程49-50
• 4.1.3 能量守恒方程50
• 4.1.4 組分方程50
• 4.1.5 理想氣體狀態(tài)方程50
• 4.2 三維湍流模型50-52
• 4.2.1 湍流數值模擬方法51
• 4.2.2 控制方程的離散51-52
• 4.2.3 基于FVM的求解方法52
• 4.3 并行計算設置及載荷平衡機制52-53
• 4.4 速度與精度制衡的數值模擬策略制定53-54
• 4.5 缸內數值模擬流場分析54-60
• 4.6 本章小結60-61
• 第5章 基于缸內循環(huán)熱力環(huán)境的噴嘴流固耦合傳熱分析61-70
• 5.1 噴嘴流固耦合傳熱分析的必要性61-62
• 5.2 噴嘴流固耦合的熱邊界條件62-64
• 5.3 基于Super-Cycling的流固耦合求解原理64-65
• 5.4 基于Super-Cycling的流固耦合求解設置65
• 5.5 基于Super-Cycling的噴嘴流固耦合分析65-69
• 5.6 本章小結69-70
• 第6章 全文總結與研究展望70-73
• 6.1 全文總結70-71
• 6.2 研究展望71-73
• 致謝73-74
• 參考文獻74-78
• 攻讀學位期間的研究成果78

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本文編號：952833