本文關(guān)鍵詞：小型航空點(diǎn)燃式重油活塞發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火及爆燃協(xié)同控制的模擬研究

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【摘要】：活塞發(fā)動(dòng)機(jī)具有體積小、重量輕、升功率高、結(jié)構(gòu)簡單、操作維護(hù)方便、生產(chǎn)周期短、成本低等優(yōu)點(diǎn),因而在小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域占有非常重要的地位。小型航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料主要以汽油為主。但汽油遇明火易發(fā)生爆炸,而重油具有較高的閃點(diǎn)和揮發(fā)溫度,安全性得以保障,同時(shí),重油燃料更符合特殊場合燃料供應(yīng)一體化的要求。重油通常使用壓燃的方式著火燃燒,但壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,重量較大,不滿足無人機(jī)輕便靈活的要求。.因此,我國對(duì)于小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)的一個(gè)思路就是利用汽油活塞發(fā)動(dòng)機(jī)輕便靈活的特點(diǎn),同時(shí)保證燃料的安全易獲取,對(duì)此國內(nèi)各個(gè)科研單位對(duì)點(diǎn)燃式重油發(fā)動(dòng)機(jī)作了大量的研究。重油的物性參數(shù)與汽油差別較大,燃油霧化存在一定困難,而燃油霧化是可靠點(diǎn)火及燃燒的前提。重油碳分子數(shù)多,飽和蒸汽壓低,同時(shí)又采用了缸內(nèi)直噴技術(shù),點(diǎn)火時(shí)混合氣濃度分布極其不均勻,給點(diǎn)火和火焰?zhèn)鞑砝щy,可靠點(diǎn)火和火焰?zhèn)鞑ナ切枰鉀Q的問題。同時(shí),重油辛烷值顯著低于汽油,抗爆性較差,容易發(fā)生爆燃,需要解決燃油的爆燃問題。在此基礎(chǔ)上,需要解決重油混合氣點(diǎn)火與爆燃的協(xié)同控制問題。本文主要對(duì)重油混合氣可靠點(diǎn)火問題和爆燃問題,以及點(diǎn)火和爆燃協(xié)同控制問題展開仿真分析。利用AVL fire軟件在ROTAX 914上開展模擬計(jì)算。首先仿真分析了均質(zhì)混合氣條件下重油混合氣的點(diǎn)火特性和爆燃特性。然后采用缸內(nèi)直噴技術(shù)將燃油噴入燃燒室,分析了不同條件下重油的霧化過程及其難易程度。在此基礎(chǔ)上分析了非均質(zhì)混合氣的點(diǎn)火特性和爆燃特性。綜合前面兩步工作,本文對(duì)比了均質(zhì)和非均質(zhì)混合氣的燃油霧化,點(diǎn)火和爆燃特性,在非均質(zhì)條件下給出了兩兩因素對(duì)點(diǎn)火和爆燃的協(xié)同控制規(guī)律,給出多因素影響下的失火邊界和爆燃邊界,利用正交設(shè)計(jì)確定了最佳的噴油策略和點(diǎn)火策略。最后利用GT-POWER建立整機(jī)模型,分析了多種爆燃抑制方法及其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。結(jié)論表明,非均質(zhì)條件更適于重油點(diǎn)火和燃燒,較早噴油有利于重油霧化蒸發(fā),提高霧化質(zhì)量,提高初始溫度,選取適宜的EGR比例和兩次噴油能確保較好的燃油霧化；火花塞處偏濃的混合氣,提高初始溫度,較小的EGR比例,較早的點(diǎn)火時(shí)刻和較大的點(diǎn)火能量可以保證形成有效火核并進(jìn)入火焰?zhèn)鞑�；過濃或過稀,較大的EGR比例,較晚的點(diǎn)火時(shí)刻和兩次噴油策略可以對(duì)爆燃起到抑制作用;多因素存在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶沟弥赜图饶芸煽奎c(diǎn)燃同時(shí)減輕爆燃,提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能。
【關(guān)鍵詞】：重油 活塞發(fā)動(dòng)機(jī) 點(diǎn)火 爆燃 協(xié)同控制
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V234
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 緒論12-28
• 1.1 論文研究背景12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究與應(yīng)用現(xiàn)狀13-24
• 1.2.1 小型航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)國內(nèi)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 小型航空活塞式重油發(fā)動(dòng)機(jī)國內(nèi)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀15-17
• 1.2.3 小型航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣形成與點(diǎn)火研究現(xiàn)狀17-20
• 1.2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)爆燃特性研究現(xiàn)狀20-23
• 1.2.5 發(fā)動(dòng)機(jī)失火特性研究現(xiàn)狀23-24
• 1.3 論文研究內(nèi)容24-28
• 1.3.1 問題的提出24-25
• 1.3.2 論文研究內(nèi)容25-28
• 2 仿真模型的建立28-44
• 2.1 流體運(yùn)動(dòng)方程組和模型選取28-38
• 2.1.1 流體運(yùn)動(dòng)的基本方程組28-29
• 2.1.2 湍流模型29-32
• 2.1.3 噴霧模型32-36
• 2.1.4 點(diǎn)火和燃燒模型36-37
• 2.1.5 爆燃模型37-38
• 2.2 幾何模型的建立及網(wǎng)格劃分38-40
• 2.3 初始條件及邊界條件40-41
• 2.4 模型有效性驗(yàn)證41-42
• 2.5 本章小結(jié)42-44
• 3 均質(zhì)混合氣點(diǎn)火與爆燃特性仿真分析44-88
• 3.1 均質(zhì)混合氣點(diǎn)火特性的仿真分析44-75
• 3.1.1 當(dāng)量比和EGR對(duì)點(diǎn)火的影響分析45-59
• 3.1.2 初始溫度對(duì)點(diǎn)火的影響分析59-64
• 3.1.3 點(diǎn)火系統(tǒng)參數(shù)對(duì)點(diǎn)火的影響分析64-75
• 3.2 均質(zhì)混合氣爆燃特性的仿真分析75-86
• 3.2.1 當(dāng)量比和初始溫度對(duì)爆燃的影響分析75-80
• 3.2.2 EGR對(duì)爆燃的影響分析80-83
• 3.2.3 點(diǎn)火時(shí)刻對(duì)爆燃的影響分析83-86
• 3.3 本章小結(jié)86-88
• 4 非均質(zhì)混合氣點(diǎn)火與爆燃特性仿真分析88-120
• 4.1 燃油霧化影響因素的仿真分析88-101
• 4.1.1 噴油定時(shí)對(duì)燃油霧化的影響分析88-93
• 4.1.2 多段噴射對(duì)燃油霧化的影響分析93-98
• 4.1.3 EGR率對(duì)燃油霧化的影響分析98-101
• 4.2 非均質(zhì)混合氣點(diǎn)火特性的仿真分析101-112
• 4.2.1 噴油定時(shí)對(duì)點(diǎn)火的影響分析102-106
• 4.2.2 多段噴射對(duì)點(diǎn)火的影響分析106-108
• 4.2.3 EGR率對(duì)點(diǎn)火的影響分析108-112
• 4.3 非均質(zhì)混合氣爆燃特性的仿真分析112-117
• 4.3.1 噴油定時(shí)對(duì)爆燃的影響分析112-114
• 4.3.2 多段噴射對(duì)爆燃的影響分析114-115
• 4.3.3 點(diǎn)火時(shí)刻對(duì)爆燃的影響分析115-116
• 4.3.4 EGR率對(duì)爆燃的影響分析116-117
• 4.4 本章小結(jié)117-120
• 5 點(diǎn)火與爆燃協(xié)同控制的仿真分析120-152
• 5.1 點(diǎn)火與爆燃協(xié)同控制分析120-132
• 5.1.1 均質(zhì)與非均質(zhì)混合氣霧化、點(diǎn)火和爆燃對(duì)比分析120-127
• 5.1.2 非均質(zhì)混合氣點(diǎn)火和爆燃影響因素的分析127-129
• 5.1.3 非均質(zhì)混合氣點(diǎn)火與爆燃協(xié)同控制分析129-132
• 5.2 最優(yōu)協(xié)同控制方案的確定132-143
• 5.2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法——正交設(shè)計(jì)133-136
• 5.2.2 正交設(shè)計(jì)結(jié)果分析136-141
• 5.2.3 正交設(shè)計(jì)前后點(diǎn)火與爆燃特性對(duì)比141-143
• 5.3 保證點(diǎn)火條件下爆燃的不同抑制方法143-150
• 5.3.1 GT-POWER模型的建立與驗(yàn)證143-145
• 5.3.2 加濃對(duì)爆燃的影響分析145-147
• 5.3.3 掃氣對(duì)爆燃的影響分析147-148
• 5.3.4 中冷后溫度對(duì)爆燃的影響分析148-150
• 5.4 本章小結(jié)150-152
• 6 全文總結(jié)與展望152-160
• 6.1 全文總結(jié)152-157
• 6.2 工作展望157-160
• 參考文獻(xiàn)160-164
• 作者簡歷164-168
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集168

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本文編號(hào)：707024