本文關(guān)鍵詞：直噴汽油機(jī)冷啟動(dòng)工況壁面油膜特性及其對(duì)碳煙排放的影響研究

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【摘要】：汽油缸內(nèi)直噴(GDI)在改善經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性等方面有較大優(yōu)勢(shì),已經(jīng)成為內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的主要方向之一。GDI發(fā)動(dòng)機(jī)將燃油直接噴射到氣缸內(nèi),不可避免的引起噴霧撞壁。噴霧撞壁有利于油滴的二次破碎,但也容易形成壁面油膜,在冷啟動(dòng)階段表現(xiàn)的更加明顯。由于缸內(nèi)和壁面溫度較低,燃油霧化質(zhì)量較差,并且壁面油膜蒸發(fā)困難,導(dǎo)致局部混合氣濃度較高,促使大量碳煙的形成。針對(duì)以上問(wèn)題,本文通過(guò)不同噴油策略下油膜及碳煙的特性來(lái)研究油膜和碳煙的生成機(jī)理及影響因素,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探究壁面油膜特性對(duì)碳煙排放的影響。為了實(shí)現(xiàn)上述研究目的,首先,建立了氣道及燃燒室?guī)缀文Ｐ?然后,利用AVL FIRE軟件建立了CFD模型,確定其初始、邊界條件,并驗(yàn)證了模型的正確性;最后,在不同噴油角度、噴油時(shí)刻以及噴油壓力下對(duì)噴霧及燃燒排放過(guò)程進(jìn)行仿真計(jì)算,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明:噴油器與氣缸軸線夾角為0°時(shí),壁面油膜只在活塞頂部形成,且厚度較小,碳煙排放量較低;噴油角度為30°和45°噴射時(shí),在氣缸壁面和活塞頂部都形成了壁面油膜,油膜較厚,并且燃燒放熱滯后,碳煙排放較高;在壓縮階段噴油時(shí),隨著噴油時(shí)刻的提前,壁面油膜質(zhì)量和厚度都明顯減小,同時(shí)燃燒充分,形成的碳煙量較少;當(dāng)噴油時(shí)刻推遲到噴油結(jié)束立即點(diǎn)火時(shí),在火花塞附近形成了分層的濃混合氣,但是濃度較高,碳煙排放量較大;隨著噴油壓力的增加,在活塞頂部形成更多的壁面油膜,但是油滴粒徑較小,且混合氣較均勻,最終形成碳煙量較少;壁面油膜所在位置的碳煙主要在燃燒后期形成,由于氧含量不足,碳煙無(wú)法得到氧化而伴隨尾氣排放造成環(huán)境污染;壁面油膜所引起的碳煙生成量隨著油膜蒸發(fā)率的增加而增加,而油膜厚度與碳煙排放則沒(méi)有表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。
【關(guān)鍵詞】：直噴汽油機(jī) 冷啟動(dòng) 壁面油膜 碳煙
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U464.171
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-22
• 1.1 課題研究背景和意義10-12
• 1.1.1 汽車、環(huán)境與健康10-11
• 1.1.2 GDI汽油機(jī)的特點(diǎn)11-12
• 1.2 GDI汽油機(jī)的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 冷啟動(dòng)壁面油膜的研究現(xiàn)狀14-19
• 1.3.1 壁面油膜理論性研究進(jìn)展15-17
• 1.3.2 壁面油膜試驗(yàn)性研究進(jìn)展17-18
• 1.3.3 壁面油膜數(shù)值模擬研究進(jìn)展18-19
• 1.4 冷啟動(dòng)顆粒物排放研究進(jìn)展19-21
• 1.4.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀19-20
• 1.4.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀20-21
• 1.5 本文研究?jī)?nèi)容21-22
• 2 數(shù)值模擬基礎(chǔ)及計(jì)算模型22-32
• 2.1 基本控制方程22-24
• 2.1.1 質(zhì)量守恒方程22-23
• 2.1.2 動(dòng)量守恒方程23
• 2.1.3 能量守恒方程23-24
• 2.1.4 組分守恒方程24
• 2.2 計(jì)算模型24-31
• 2.2.1 湍流模型24-26
• 2.2.2 噴霧模型26-29
• 2.2.3 燃燒模型29-30
• 2.2.4 碳煙生成模型30-31
• 2.3 本章小結(jié)31-32
• 3 模型的建立及初始邊界條件的確定32-43
• 3.1 幾何模型的建立33-35
• 3.2 計(jì)算網(wǎng)格的劃分35-39
• 3.3 初始及邊界條件設(shè)置39-40
• 3.4 計(jì)算步長(zhǎng)的確定40-41
• 3.5 模型的驗(yàn)證41
• 3.6 本章小結(jié)41-43
• 4 冷啟動(dòng)工況壁面油膜特性研究43-63
• 4.1 壁面油膜守恒方程44-45
• 4.1.1 壁面油膜質(zhì)量方程44
• 4.1.2 壁面油膜動(dòng)量方程44-45
• 4.1.3 壁面油膜能量方程45
• 4.2 壁面油膜模型45-47
• 4.2.1 蒸發(fā)模型46-47
• 4.2.2 卷吸模型47
• 4.2.3 飛濺模型47
• 4.3 不同噴油參數(shù)對(duì)壁面油膜影響47-62
• 4.3.1 噴油角度對(duì)壁面油膜影響47-53
• 4.3.2 噴油時(shí)刻對(duì)壁面油膜影響53-58
• 4.3.3 噴油壓力對(duì)壁面油膜影響58-62
• 4.4 本章小結(jié)62-63
• 5 冷啟動(dòng)工況碳煙形成及排放研究63-78
• 5.1 混合氣形成過(guò)程研究63-66
• 5.2 碳煙形成過(guò)程研究66-70
• 5.3 不同噴油參數(shù)對(duì)碳煙排放影響70-77
• 5.3.1 噴油角度對(duì)碳煙排放的影響70-72
• 5.3.2 噴油時(shí)刻對(duì)碳煙排放的影響72-75
• 5.3.3 噴油壓力對(duì)碳煙排放的影響75-77
• 5.5 本章小結(jié)77-78
• 6 壁面油膜對(duì)碳煙排放影響研究78-85
• 6.1 壁面油膜位置碳煙形成過(guò)程研究78-81
• 6.2 壁面油膜蒸發(fā)率對(duì)碳煙排放影響81-83
• 6.3 壁面油膜厚度對(duì)碳煙排放的影響83-84
• 6.4 本章小結(jié)84-85
• 7 總結(jié)與展望85-87
• 7.1 全文總結(jié)85-86
• 7.2 工作展望86-87
• 參考文獻(xiàn)87-92
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果92-93
• 致謝93-94

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：889094