本文關鍵詞：基于CFD仿真分析開發(fā)缸內直噴汽油機燃燒系統(tǒng)的研究

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【摘要】：GDI發(fā)動機與傳統(tǒng)PFI發(fā)動機相比,具有更好的動力性、燃油經(jīng)濟性以及排放性能,因此缸內直噴技術得到了研究人員的青睞。使用CFD指導設計具有高效低成本的優(yōu)勢,本文以某企業(yè)某款1.6L氣道噴射式發(fā)動機為基礎,使用數(shù)值模擬方法開發(fā)出一套全新的GDI燃燒系統(tǒng)。然后以此為載體進行了噴油壓力對發(fā)動機混合氣形成以及燃燒性能影響的研究,并對數(shù)值模擬中需使用的燃油噴霧模型和燃燒模型進行了仿真與實驗的標定。最后以6000r/min@WOT為計算工況,驗證了燃燒系統(tǒng)的流動、噴霧以及燃燒性能。研究的主要內容如下:本文為燃燒系統(tǒng)設計了三種進氣道形狀,通過氣道穩(wěn)流試驗和CFD仿真得到了三種進氣道的流量系數(shù)與滾流比,其中氣道三滾流水平比同類機型高;在燃油噴射系統(tǒng)的設計中,引入了噴油器、高壓油軌、高壓油泵及油管,并通過CAE設計了三種噴油器方案;在燃燒室形狀的設計中,發(fā)動機燃燒室結構對缸內燃燒有非常大的影響,因此本文利用CFD能夠快速建模的優(yōu)勢,設計出五種活塞凹坑形狀,并分別進行了缸內流動、噴霧以及燃燒的仿真計算;在氣門與氣門座形狀的設計中,通過對比進氣量以及滾流比等仿真結果,為GDI燃燒系統(tǒng)的氣門與氣門座形狀選擇最優(yōu)方案。本文以2500r/min@10bar為計算工況,選擇了兩組噴油壓力(12.5Mpa/10Mpa)進行研究。計算表明,提高噴油壓力可以加快混合氣混合速度,縮短燃燒持續(xù)期,降低碳煙排放,提升發(fā)動機的燃燒和排放特性。本文設計的燃燒系統(tǒng)在全速全負荷工況下的性能驗證表明,發(fā)動機缸內滾流比、湍動能、機油稀釋風險以及點火時刻火花塞附近當量比分布等均滿足要求。
【關鍵詞】：當量比 滾流比 湍動能 燃油噴霧 噴油壓力 GDI
【學位授予單位】：重慶交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U464.171
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 問題的提出及研究意義9
• 1.2 GDI發(fā)動機研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 GDI發(fā)動機技術優(yōu)勢9-10
• 1.2.2 GDI技術研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 GDI發(fā)動機燃燒系統(tǒng)數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.1 活塞凹坑形狀對GDI發(fā)動機燃燒影響數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀12
• 1.3.2 噴油策略對GDI發(fā)動機燃燒影響數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀12-13
• 1.4 本文研究內容13-15
• 2 數(shù)值理論15-23
• 2.1 數(shù)值模擬基礎15-16
• 2.2 流體力學控制方程組16-19
• 2.2.1 流動模型16-17
• 2.2.2 物質導數(shù)17
• 2.2.3 質量守恒方程17-18
• 2.2.4 動量方程18
• 2.2.5 能量方程18-19
• 2.3 缸內氣體流動類型19-21
• 2.3.1 缸內渦流運動19
• 2.3.2 缸內滾流運動19
• 2.3.3 缸內湍流運動19-21
• 2.4 本章小節(jié)21-23
• 3 缸內直噴汽油機燃燒系統(tǒng)的設計及研究23-47
• 3.1 直噴發(fā)動機燃燒系統(tǒng)的設計目標23-24
• 3.2 高滾流氣道開發(fā)24-26
• 3.3 燃油噴射系統(tǒng)設計26-28
• 3.4 燃燒室形狀設計28-40
• 3.4.1 不同活塞方案缸內流場分析29-33
• 3.4.2 不同活塞方案缸內噴霧場分析33-36
• 3.4.3 不同活塞方案缸內燃燒分析36-39
• 3.4.4 燃燒室形狀選型39-40
• 3.5 氣門與氣門座設計40-45
• 3.6 本章小節(jié)45-47
• 4 噴油壓力對缸內直噴汽油機性能影響的研究47-75
• 4.1 燃油噴霧模型的研究47-53
• 4.1.1 噴霧場結構與油氣兩相模型47-49
• 4.1.2 噴霧的熱力學和動力學過程49-51
• 4.1.3 霧化模型51-53
• 4.2 噴霧模型的標定53-63
• 4.2.1 噴霧標定特征參數(shù)54-55
• 4.2.2 噴霧標定55-58
• 4.2.3 噴霧破碎模型參數(shù)的敏感度分析58-60
• 4.2.4 各工況噴霧標定結果60-63
• 4.3 噴油壓力對GDI發(fā)動機影響的研究63-73
• 4.3.1 噴油壓力對缸內流場影響分析64-68
• 4.3.2 噴油壓力對缸內混合氣霧化的影響分析68-73
• 4.4 本章小結73-75
• 5 GDI發(fā)動機缸內燃燒數(shù)值模擬方法研究75-93
• 5.1 數(shù)值模擬方法75-81
• 5.1.1 模型準備75-77
• 5.1.2 網(wǎng)格生成方法77-79
• 5.1.3 計算模型設置79-81
• 5.2 GDI發(fā)動機缸內流場分析81-84
• 5.2.1 進氣流動分析81-82
• 5.2.2 湍流水平分析82-84
• 5.3 GDI發(fā)動機缸內噴霧分析84-87
• 5.3.1 燃油噴霧分析84-85
• 5.3.2 缸內液滴油膜分析85-87
• 5.4 GDI發(fā)動機缸內燃燒分析87-91
• 5.4.1 混合氣當量比分析87-88
• 5.4.2 燃燒溫度與壓力分析88-89
• 5.4.3 缸內氣體質量與已燃質量百分比分析89-90
• 5.4.4 燃燒火焰面發(fā)展分析90-91
• 5.5 本章小結91-93
• 6 總結與展望93-95
• 6.1 全文總結93
• 6.2 本文展望93-95
• 致謝95-97
• 參考文獻97-101
• 攻讀學位期間取得的研究成果101

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本文編號：918717