柴油機因其扭矩大等特點被廣泛運用在工程和特殊車輛中,在極寒條件下,柴油機會出現(xiàn)著火困難、缸內(nèi)燃燒過程劣化,熱效率降低等現(xiàn)象,不利于柴油機的正常工作。研究柴油的低溫燃燒過程、揭示冷熱焰轉(zhuǎn)換的過程和微觀機理,對于優(yōu)化柴油機的低溫燃燒過程,改善其低溫下的工作特性,實現(xiàn)柴油機低溫燃燒控制具有重要意義。本文采用三維計算網(wǎng)格耦合簡化化學(xué)反應(yīng)機理的CFD仿真方法研究柴油低溫燃燒過程和冷熱焰轉(zhuǎn)化規(guī)律。以一款用于基礎(chǔ)研究的低溫定容燃燒系統(tǒng)為基礎(chǔ),建立定容彈實體模型,在CONVERGE軟件平臺中設(shè)置邊界、初始條件和網(wǎng)格生成策略,得到三維計算網(wǎng)格,選取正庚烷作為標(biāo)志燃料,采用被廣泛應(yīng)用和驗證的包含64個基元和301步基元反應(yīng)的San Diego正庚烷簡化機理,得到CFD仿真模型,并基于實驗數(shù)據(jù)對其進行了驗證和標(biāo)定,作為后續(xù)研究的基礎(chǔ)�；隍炞C后的CFD模型,研究了不同初始溫度、初始壓力和噴油溫度下柴油低溫燃燒過程以及冷熱焰轉(zhuǎn)換規(guī)律。結(jié)果表明:初始溫度較低時,柴油燃燒過程僅生成冷焰,當(dāng)初始溫度較高（>753K）時,在冷焰生成后又出現(xiàn)了明顯的溫度壓力躍升,冷焰轉(zhuǎn)化為熱焰,隨著初始溫度升高,冷焰和熱焰生成的... 

【文章來源】：華北水利水電大學(xué)河南省

【文章頁數(shù)】：101 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

input、date和output文件關(guān)系圖

3不同初始溫度下的柴油低溫燃燒過程研究112.1.2CONVERGE仿真過程簡介CONVERGE軟件包含兩個部分，分別為CONVERGEStudio（用戶界面）和CONVERGE求解器。前者可以讓使用者執(zhí)行幾乎所有的前處理工作，包括檢測修復(fù)三維幾何模型表面及輸出仿真計算過程所需要的邊界條件、初始條件、網(wǎng)格控制等設(shè)置文件。后者用于仿真模擬計算機輸出結(jié)果。由于CONVERGE軟件不帶有數(shù)據(jù)的后處理功能，因此需要采用軟件自帶的post_convert工具將輸出結(jié)果中的post文件轉(zhuǎn)化為專門的后處理軟件（本文采用Ensight圖像處理軟件）可以識別的格式，進而在后處理軟件中進行處理，輸出圖像。圖2-2CONVERGE軟件求解流程圖Figure2-2ThesolutionflowchartofCONVERGECONVERGE軟件仿真的求解過程：1）前處理階段：使用CATIA軟件將三維實體模型導(dǎo)入CONVERGE中進行表面診斷及檢測，選擇合適的噴霧模型、湍流模型、燃燒模型等，并對邊界條件進行設(shè)置，設(shè)定工作區(qū)域的初始仿真參數(shù)。2）求解計算階段：軟件首先對面網(wǎng)格文件surface.dat進行讀取，并依次讀取機理文件mech.dat，熱力學(xué)文件therm.dat以及包含初始條件的in格式文件，并設(shè)定時間步長和求解器相關(guān)參數(shù)。3）后處理階段：CONVERGE中在計算過程中輸出out和post格式的后處理文件，其包含角域和時域的計算結(jié)果，out文件包含區(qū)域內(nèi)溫度、壓力等平均值，post文件則

華北水利水電大學(xué)碩士學(xué)位論文14圖2-3KH-RT破碎模型Figure2-3KH-RTbreak-upmodel如果僅用KH模型來模擬柴油定容噴霧則無法描述其二次破碎的過程，而RT模型恰好基于Rayleigh-Taylor不穩(wěn)定波計算二次破碎過程。同時激活KH和RT破碎模型，該模型假設(shè)只有KH不穩(wěn)定波在特征破碎距離內(nèi)破碎，CONVERGE首先檢查RT機制是否可以分解液滴。若不是則KH模型繼續(xù)控制破碎過程，采用KH模型和RT控制的二次破碎模型相結(jié)合的破碎模型可以預(yù)測較為精確的噴霧貫穿距。2）蒸發(fā)模型柴油噴入定容彈內(nèi)油滴的蒸發(fā)情況也是需要考慮的重要因素，因為在溫度較高的定容彈內(nèi)部，不可避免地會發(fā)生油滴的蒸發(fā)，蒸發(fā)即油滴在受到周圍工質(zhì)、壓力、濃度等因素的影響，發(fā)生了屬性的改變，由液相變?yōu)闅庀�，油滴的蒸發(fā)作用是非常復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)過程。在CONVERGE中，蒸發(fā)模型是單組分單液滴蒸發(fā)實驗所得出的半經(jīng)驗公式。Frossling模型[59]計算油滴的Nu和Sh數(shù)的表達式較為接近實際情況，所以本文選用該模型來表征蒸發(fā)作用對油滴擴散的影響。2.2.4燃燒模型在CONVERGE軟件中，由于需要模擬多種條件下的燃燒狀況，所以包含常用的燃燒模型，例如CTC-Shell模型、G方程模型以及SAGE燃燒模型，SAGE燃燒模型是一個可將三維計算網(wǎng)格耦合化學(xué)反應(yīng)機理的計算模型，SAGE通用燃燒模型[60-61]可以計算每個基元反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率，其化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)求解器負(fù)責(zé)求解輸運方程，并且可以通過改變化學(xué)反應(yīng)機理來模擬不同的燃料種類。SAGE燃燒模型由于利用化學(xué)反應(yīng)機理進行求解，因此計算所耗費的時間較長，所以本文在選用SAGE燃燒模型的基礎(chǔ)上結(jié)合Multi-Zone加速算法，該加速算法不解出所給出的溫度T，除非燃燒前一時間步的區(qū)域溫度變化超過限值，運用Multi-Zone加速

【參考文獻】：
期刊論文
[1]汽油壓燃發(fā)動機中燃燒化學(xué)動力學(xué)特性的模擬[J]. 尚冉,張帆,王洋,夏明濤,鐘生輝,劉海峰.  內(nèi)燃機工程. 2019(02)
[2]可再生能源綜合利用的研究現(xiàn)狀與展望[J]. 吳利樂,鄭源,王愛華,任巖.  華北水利水電大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2015(03)
[3]高寒環(huán)境下油脂潤滑泵站的研制[J]. 姚林曉,上官林建,趙明章,劉棟,王春虎,吳迪.  華北水利水電大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2015(02)
[4]噴射參數(shù)對柴油摻混燃料低溫燃燒影響的試驗研究[J]. 鄭尊清,岳朗,劉海峰,祝宇軒,鐘小凡,王健.  燃燒科學(xué)與技術(shù). 2015(02)
[5]基于低溫PCCI的DMC-柴油的燃燒與排放特性研究[J]. 梅德清,任華,姜士陽,吳焓,BAAR Roland.  內(nèi)燃機工程. 2016(05)
[6]后噴時刻和EGR率對柴油低溫燃燒和排放的影響[J]. 趙偉,張全長,張春化.  長安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2014(04)
[7]CFD耦合化學(xué)動力學(xué)模擬EGR對柴油機燃燒的影響[J]. 李軍成,韓志玉,李佳峰,陳征.  湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2013(05)
[8]均質(zhì)壓燃與低溫燃燒的燃燒技術(shù)研究進展與展望[J]. 堯命發(fā),劉海峰.  汽車工程學(xué)報. 2012(02)
[9]噴射時刻對柴油和汽油/柴油混合燃料低溫燃燒的影響[J]. 韓東,呂興才,黃震,DENNIS Assanis.  內(nèi)燃機學(xué)報. 2011(03)
[10]柴油機燃燒路徑及其對熱效率和排放的影響[J]. 鹿盈盈,蘇萬華,于文斌,裴毅強.  內(nèi)燃機學(xué)報. 2011(01)

博士論文
[1]定容彈內(nèi)正戊醇/柴油/生物柴油混合燃料噴霧燃燒及聯(lián)合反應(yīng)機理研究[D]. 馬寅杰.華中科技大學(xué) 2017
[2]定容彈內(nèi)低溫燃燒條件下乙醇柴油噴霧和燃燒特性實驗研究[D]. 鄧鵬.華中科技大學(xué) 2014
[3]燃料特性和燃燒模式對柴油機低溫燃燒影響的研究[D]. 楊彬彬.天津大學(xué) 2014
[4]柴油均質(zhì)壓燃（HCCI）發(fā)動機燃燒過程數(shù)值模擬和實驗研究[D]. 黃豪中.天津大學(xué) 2007

碩士論文
[1]基于詳細反應(yīng)機理的RCCI燃燒數(shù)值模擬及燃燒影響因素分析[D]. 姚登舉.合肥工業(yè)大學(xué) 2017



本文編號：3561023