HSDI柴油機(jī)霧化與排放特性瞬態(tài)多維建模和數(shù)值研究.pdf

1、面對(duì)日益嚴(yán)峻的能源短缺和環(huán)境污染問題，本文旨在研制用于內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)和研究的計(jì)算機(jī)仿真優(yōu)化工具，探索內(nèi)燃機(jī)節(jié)能和降低有害排放的理論和方法。在網(wǎng)格算法、多維建模、CAE/CAD集成化、燃油霧化以及排放等5方面進(jìn)行了研究。 首先，提出了內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)復(fù)雜空間動(dòng)態(tài)網(wǎng)格的生成算法，研制了用于多維模型的前處理器。提出將缸內(nèi)網(wǎng)格劃分成動(dòng)態(tài)區(qū)和靜態(tài)區(qū)，分別進(jìn)行網(wǎng)格計(jì)算的方案；對(duì)動(dòng)態(tài)區(qū)的網(wǎng)格提出運(yùn)動(dòng)方向的網(wǎng)格增減方法；對(duì)于垂直氣門，采用氣缸截面網(wǎng)格的插

2、入方法；對(duì)于斜置氣門，采取動(dòng)態(tài)網(wǎng)格的漂移計(jì)算等方法。 第二，改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)KIVA仿真軟件代碼，進(jìn)一步耦合柴油機(jī)缸內(nèi)多種物理和化學(xué)子模型，構(gòu)建內(nèi)燃機(jī)工作過程分析的多維模型。提出雙精度算法，創(chuàng)建基于PC計(jì)算機(jī)硬件的柴油機(jī)缸內(nèi)工作過程多維模型分析仿真平臺(tái)：ICFD-CN。實(shí)驗(yàn)表明：多維模型能夠模擬缸內(nèi)壓力、缸內(nèi)放熱率和燃油消耗率，其變化趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)吻合較好，數(shù)值誤差小。在模擬缸內(nèi)NOx和SOOT排放時(shí)，其變化趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)吻合較好。

3、第三，通過采用缸內(nèi)性能等值線和深度緩存消影算法，提出基于內(nèi)容、時(shí)間和空間3因素的多維模型計(jì)算結(jié)果提取和傳遞方法，提出CAE/CAD集成化數(shù)據(jù)傳遞的重要圖形文件的設(shè)計(jì)方法，原創(chuàng)多維模型后處理可視化模塊代碼，設(shè)計(jì)圖形文件無限和有限命名方法，研制了內(nèi)燃機(jī)多維模型仿真可視化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了HSDI柴油機(jī)工作過程多維模型分析CAE/CAD集成化。 此外，提出了采用多維模型工具研究柴油機(jī)霧化和排放的方法。分析HSDI柴油機(jī)的霧化特性，獲得了11

4、37型柴油機(jī)燃燒時(shí)噴射燃油不同狀態(tài)的時(shí)空分布規(guī)律，建立了1137型柴油機(jī)霧化特性與燃燒、排放以及柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的聯(lián)系。最后，獲得了11 37型柴油機(jī)NOx和SOOT排放特性，給出了1137型柴油機(jī)NOx和SOOT排放隨時(shí)間和空間的變化規(guī)律、SOOT的生成和氧化歷程，獲得了大量設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)于NOx和SOOT排放特性的影響規(guī)律。 總之，本文的網(wǎng)格算法研究結(jié)果解決了CAE分析中關(guān)鍵的網(wǎng)格計(jì)算和耦合問題，在內(nèi)燃機(jī)CAE分析和其他的數(shù)

5、值計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域都具有重要參考價(jià)值。多維建模研究結(jié)果對(duì)于內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)和研究手段的現(xiàn)代化，對(duì)于我國(guó)節(jié)能和環(huán)保事業(yè)都是重要的科學(xué)支持。此外，對(duì)于計(jì)算機(jī)仿真、數(shù)值分析和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)等學(xué)科走向應(yīng)用也具有一定推動(dòng)作用。CAE/CAD集成化研究結(jié)果不僅是HSDI柴油機(jī)的CAE分析的重要技術(shù)支持，而且對(duì)于其他內(nèi)燃機(jī)和其他工程領(lǐng)域的CAE技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展具有參考價(jià)值。燃油霧化和排放研究結(jié)果不僅為提高柴油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性和滿足排放法規(guī)要求提供了策略和研究