直喷式柴油机喷油器参数对燃烧和排放影响的数值模拟

论文摘要

直喷式柴油机的燃烧过程和排放特性，主要取决于气缸内混合气的形成。燃油的喷雾特性是影响混合气形成和燃烧过程的重要因素，而喷油器参数对燃油的喷雾特性产生直接影响。因此研究喷油器参数对燃烧过程和排放特性的影响有着重要的意义。对燃烧过程的研究除传统的试验方法外，建立在试验基础上的柴油机燃烧过程的数值模拟也是一项强有力的措施。本文系统地论述了缸内燃烧过程的三维数值模拟计算模型和数值计算方法，对缸内气体的气相湍流流动模型、柴油喷雾模型和缸内燃烧模型在理论上进行了具体的分析。针对一台单缸135柴油机，在已有进气涡流和燃烧室形状下，利用三维CFD软件AVLFIRE8.5对缸内的气流运动过程、喷雾过程和燃烧过程进行数值模拟，分析喷油器主要参数(如喷孔数、喷孔夹角、喷油正时、喷孔布置形式等)对直喷式柴油机燃烧过程和排放的影响规律。着重分析了缸内流场的演变规律、喷雾的空间分布情况、缸内燃空当量比和温度分布特点以及排放物的形成情况。并将计算结果与试验结果进行了对比分析，验证了计算模型选取的合理性以及数值模拟对排放物的预测能力。研究结果表明：喷孔数影响燃油的雾化质量；喷孔夹角影响燃油的空间分布；喷油正时影响滞燃期；双层、交错排列喷孔能够扩大燃油的空间分布范围，避免相邻油束发生干涉。恰当地选择以上参数可以提高混合气形成质量，改善直喷式柴油机的燃烧过程，降低排放。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及选题意义
• 1.2 直喷式柴油机燃烧过程模拟研究的发展与现状
• 1.2.1 计算机模拟概述
• 1.2.2 内燃机燃烧过程数值模拟的发展
• 1.2.3 柴油机多维燃烧模拟的现状与发展
• 1.3 FIRE软件简介
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2 直喷式柴油机多维数值模拟计算模型
• 2.1 气相湍流流动模型
• 2.1.1 湍流概述
• 2.1.2 湍流模型
• 2.1.3 壁面函数法
• 2.2 喷雾模型
• 2.2.1 基本方程
• 2.2.2 子模型
• 2.3 燃烧的数值模拟
• 2.3.1 燃烧模型
• x形成模型'>2.3.2 NO_x形成模型
• 2.3.3 碳烟排放模型
• 3 直喷式柴油机燃烧模拟模型的建立及其验证
• 3.1 计算对象及计算模型
• 3.1.1 计算对象
• 3.1.2 几何模型的建立
• 3.1.3 网格划分
• 3.1.4 计算初始参数的确定
• 3.2 缸内气流运动的模拟与分析
• 3.3 计算模型的验证
• 3.3.1 测试系统及试验设备
• 3.3.2 模拟计算结果与试验结果比较
• 4 模拟计算结果及分析
• 4.1 喷孔数的影响
• 4.1.1 喷孔数对缸内油气混合的影响
• 4.1.2 喷孔数对温度分布的影响
• 4.1.3 喷孔数对燃烧、排放特性的影响
• 4.1.4 计算结果与试验结果比较
• 4.2 喷孔夹角的影响
• 4.2.1 喷孔夹角对缸内油气混合的影响
• 4.2.2 喷孔夹角对燃烧特性的影响
• 4.2.3 喷孔夹角对排放的影响
• 4.2.4 计算结果与试验结果比较
• 4.3 喷油正时的影响
• 4.3.1 喷油正时对滞燃期的影响
• 4.3.2 喷油正时对喷油过程的影响
• 4.3.3 喷油正时对缸内油气混合的影响
• 4.3.4 喷油正时对燃烧、排放特性的影响
• 4.3.5 计算结果与试验结果比较
• 4.4 双层喷孔的影响
• 4.4.1 双层喷孔对喷油过程的影响
• 4.4.2 双层喷孔对缸内燃空当量比、温度分布的影响
• 4.4.3 双层喷孔对燃烧、排放特性的影响
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢