可變渦流對(duì)高速柴油機(jī)性能影響的仿真研究.pdf

1、柴油機(jī)作為廣泛應(yīng)用的熱效率最高的原動(dòng)機(jī)械已經(jīng)為人類服務(wù)了一百多年。隨著能源和環(huán)境問(wèn)題的日益突出,人們對(duì)柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性和排放性能的要求越來(lái)越高。這時(shí),對(duì)柴油機(jī)缸內(nèi)流場(chǎng)的研究就顯得尤為重要,在柴油機(jī)缸內(nèi)的渦流是一種非常重要的氣流形式,直接影響著燃油的霧化和燃燒,對(duì)柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放性能起著至關(guān)重要的作用。為了使柴油機(jī)在較寬的轉(zhuǎn)速區(qū)域都能達(dá)到良好的性能,現(xiàn)代先進(jìn)柴油機(jī)一般希望采用可變渦流系統(tǒng)來(lái)滿足不同轉(zhuǎn)速下所需的渦流強(qiáng)度。傳統(tǒng)測(cè)量缸內(nèi)渦流強(qiáng)度

2、的主要方法是在穩(wěn)壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)上測(cè)量渦流比,這種方法不確定因素多、精度不高,更重要的是無(wú)法直接反映柴油機(jī)缸內(nèi)瞬時(shí)渦流強(qiáng)度,已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)在更加精確掌握缸內(nèi)流場(chǎng)的要求。因此需要尋求一種精確掌握缸內(nèi)流場(chǎng)的研究方法。
　　 本文采用數(shù)值模擬計(jì)算的方法來(lái)研究缸內(nèi)瞬態(tài)流場(chǎng),分析柴油機(jī)缸內(nèi)及進(jìn)排氣道內(nèi)的流場(chǎng)、缸內(nèi)燃燒過(guò)程以及有害排放物的生成。通過(guò)缸內(nèi)氣流繞氣缸軸線旋轉(zhuǎn)的動(dòng)量矩來(lái)評(píng)定缸內(nèi)瞬時(shí)渦流強(qiáng)度,并分析可變渦流系統(tǒng)對(duì)柴油機(jī)缸內(nèi)流場(chǎng)以及性能的影響

3、。文中以某四氣門(mén)高速車(chē)用柴油機(jī)為原型,建立單個(gè)氣缸和進(jìn)、排氣道的三維數(shù)值計(jì)算模型,采用計(jì)算流體力學(xué)、計(jì)算傳熱學(xué)和計(jì)算燃燒熱化學(xué)模擬計(jì)算柴油機(jī)不同轉(zhuǎn)速下工作過(guò)程整個(gè)循環(huán),計(jì)算出動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能參數(shù),并通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比以驗(yàn)證計(jì)算模型的可靠性。在此基礎(chǔ)上計(jì)算6種轉(zhuǎn)速下整個(gè)工作循環(huán)缸內(nèi)流場(chǎng)參數(shù),采用部分或全部關(guān)閉一個(gè)進(jìn)氣道的方法改變缸內(nèi)渦流強(qiáng)度,每種轉(zhuǎn)速下計(jì)算5種不同的氣道控制方案下缸內(nèi)瞬態(tài)流場(chǎng),分析不同控制方案下缸內(nèi)渦流強(qiáng)度以及對(duì)柴

4、油機(jī)各性能的影響。
　　 計(jì)算結(jié)果表明,采用對(duì)柴油機(jī)完整工作循環(huán)做數(shù)值模擬的方法研究柴油機(jī)缸內(nèi)流場(chǎng)可以得到整個(gè)缸內(nèi)空間比較精確的瞬態(tài)流場(chǎng)參數(shù),有利于研究柴油機(jī)的換氣過(guò)程和缸內(nèi)渦流形成過(guò)程。對(duì)于具有兩個(gè)獨(dú)立進(jìn)氣道的四氣門(mén)柴油機(jī),采用部分或全部關(guān)閉一個(gè)進(jìn)氣道的方式可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)缸內(nèi)渦流強(qiáng)度。在低轉(zhuǎn)速時(shí),完全關(guān)閉一個(gè)進(jìn)氣道可顯著提高缸內(nèi)渦流強(qiáng)度,并且對(duì)進(jìn)氣終了時(shí)缸內(nèi)存氣量影響很小,即可以在對(duì)柴油機(jī)動(dòng)力性影響很小和情況下改善燃油霧