基于GT-Power的SC11CK柴油机进排气特性仿真

论文摘要

内燃机是一种进行热功转换的能源动力机械，作为汽车的“心脏”，不仅为整车提供强劲的动力，还是汽车产品中结构最为复杂，工作最为频繁的零部件之一，对汽车性能起着决定性的作用。随着内燃机产品更新换代速度的加快和使用要求的不断提高，传统的内燃机设计方法已经无法适应现代内燃机优化设计和快速开发的需要。现代计算机技术的发展，为开展内燃机数值模拟仿真设计提供了可能。基于计算机技术的内燃机性能的仿真计算，可以快速对设计对象进行理论分析和性能评估，大大减少产品研发的试验工作量，降低开发成本，有效地缩短开发周期，实现加快开发速度和提高研发水平的目标。因此，计算机仿真设计方法已经越来越广泛的在现代内燃机设计和优化的过程中发挥着重要作用。本文应用了内燃机气体流动的模拟计算理论，通过基于有限体积法的控制方程的推导，利用现代内燃机仿真设计方法，针对研究的SC11CK柴油机，建立了GT-Power仿真模型，并通过与台架试验实测数据值进行比较的方法，对仿真模型进行了标定。在此基础上，重点对该机的进、排气系统进行了仿真研究，通过对进气支管管长、管径、谐振腔容积和中冷器到谐振腔外接段管长等主要进气管结构的参数变化，对柴油机进气性能和整机燃油经济性能进行了仿真分析，得出了进气管各结构因素对内燃机性能的影响规律。提出了一些可改善内燃机性能的进气管结构改进设计的途径和方法，经仿真计算表明，进气管通过结构改进后，整机动力性和经济性能在原基础上有明显的提升。考虑到气门正时对气缸内进排气有很强的控制作用，它与进排气管结构的匹配会对内燃机性能有重大的影响，本文利用GT-Power仿真软件继续研究了不同的气门正时策略对柴油机NOX排放性能的影响规律。并主要针对进气晚关角、排气提前角和气门重叠角的变化进行了仿真分析，得出了通过改变排气晚关角和进气提前角可使内燃机内部产生EGR作用，有效降低NOX排放的研究结论，为改善柴油机的NOX排放性能提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 课题来源
• §1.2 课题意义
• §1.3 国内外研究现状和水平
• §1.4 课题主要研究内容
• 第二章 内燃机气体流动模拟计算方法
• §2.1 一维非定常流动解法
• §2.1.1 基本控制方程组
• §2.1.2 边界与边界条件
• §2.2 数值计算方法
• §2.2.1 有限差分法
• §2.2.2 有限体积法
• §2.2.3 两种数值计算方法的比较
• §2.3 内燃机进排气系统 CFD 分析方法
• §2.3.1 CFD 分析软件的选用
• §2.3.2 GT-Power 软件在内燃机仿真中的应用
• §2.4 本章小结
• 第三章 SC11CK 柴油机仿真模型的建立
• §3.1 SC11CK 柴油机介绍
• §3.2 柴油机相关物理模型
• §3.2.1 缸内燃烧系统模型
• §3.2.2 气缸周壁传热模型
• §3.2.3 进排气系统模型
• §3.2.4 涡轮增压系统模型
• §3.2.5 中冷系统模型
• §3.3 计算模型的建立
• §3.4 计算模型的参数设置及标定
• §3.4.1 计算模型的参数设置
• §3.4.2 计算模型的标定
• §3.5 本章小结
• 第四章 进气管结构对柴油机性能影响的仿真
• §4.1 进气管结构参数变化的分析
• §4.1.1 进气支管管长的影响
• §4.1.2 进气支管管径的影响
• §4.1.3 谐振腔容积的影响
• §4.1.4 中冷器到谐振腔外接段管长的影响
• §4.2 仿真优化结果对比及分析
• §4.3 本章小结
• 第五章 气门正时对柴油机性能影响的仿真
• §5.1 气门正时与柴油机性能的影响
• §5.1.1 进气晚关角的影响
• §5.1.2 排气提前角的影响
• §5.1.3 气门重叠角的影响
• §5.2 气门正时对柴油机排放性能的影响
• §5.2.1 E G R 技术在柴油机中的应用
• §5.2.2 气门正时对内部 EGR 率影响的仿真
• §5.2.3 内部 EGR 率对柴油机排放性能的影响
• §5.3 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• §6.1 全文总结
• §6.2 主要创新点
• §6.3 后续工作展望
• 参考文献
• 在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果
• 致谢