基于CFD的小型強(qiáng)化汽油機(jī)進(jìn)氣道與燃燒室優(yōu)化研究.pdf

1、影響發(fā)動機(jī)性能的關(guān)鍵因素包括進(jìn)氣系統(tǒng)和燃燒室形狀，因二者直接影響進(jìn)氣、燃油霧化和燃燒過程。合理設(shè)計(jì)進(jìn)氣系統(tǒng)和燃燒室形狀可以有效提高發(fā)動機(jī)性能、降低二氧化碳排放。CFD可以有效縮短發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)周期、降低發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)成本，已成為發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)的重要手段。
　　本文基于汽油機(jī)性能試驗(yàn)和穩(wěn)流試驗(yàn)上，運(yùn)用UG軟件對原機(jī)進(jìn)氣道進(jìn)行三維建模，并通過三維模擬軟件FIRE進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬。在驗(yàn)證三維穩(wěn)態(tài)模擬準(zhǔn)確性之后，根據(jù)穩(wěn)態(tài)流場模擬結(jié)果與穩(wěn)流試驗(yàn)的流量系

2、數(shù)、滾流比等氣道評價(jià)參數(shù)測試結(jié)果，分析原機(jī)進(jìn)氣道所存在的不足之處，發(fā)現(xiàn)原機(jī)進(jìn)氣道存在滾流比過低（平均滾流比為0.73），滾流強(qiáng)度不足，導(dǎo)致原機(jī)燃燒速率過慢，從而提出了多種進(jìn)氣道的優(yōu)化方案。對優(yōu)化后的進(jìn)氣道進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬，并與原機(jī)模擬結(jié)果對比，進(jìn)氣道B1平均滾流比提升至0.804且流量系數(shù)略有提升，進(jìn)氣道B2、B3和B4平均滾流比達(dá)到0.849以上而流量系數(shù)明顯下降。
　　然后，針對原機(jī)進(jìn)行了瞬態(tài)數(shù)值模擬，在驗(yàn)證瞬態(tài)模擬的準(zhǔn)確性之后，

3、通過分析原機(jī)的湍動能、流場、溫度場，以及火焰發(fā)展期、快速燃燒期、缸內(nèi)壓力峰值及其對應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角等燃燒特征參數(shù)，確定原機(jī)在3000rpm性能不足與油耗過高的原因?yàn)楦變?nèi)湍動能不足燃燒速率過慢，進(jìn)而提出了可以提高活塞對缸內(nèi)混合氣擠壓效果的燃燒室的優(yōu)化方案。
　　最后，通過對優(yōu)化后進(jìn)氣道與優(yōu)化后燃燒室的所有組合進(jìn)行數(shù)值模擬，研究了不同模型對于發(fā)動機(jī)燃燒特征參數(shù)的影響。詳細(xì)展示不同進(jìn)氣道與燃燒室組合對于點(diǎn)火時(shí)刻缸內(nèi)湍動能、氣體流動狀態(tài)以及燃燒

4、過程的影響，著重分析對于燃燒速率、缸內(nèi)流場和缸內(nèi)溫度的影響，深入探討湍動能與燃燒持續(xù)期的關(guān)系。結(jié)果顯示在3000rpm轉(zhuǎn)速下針對原機(jī)進(jìn)氣道不足所提出的進(jìn)氣道修改方案均可有效，達(dá)到提高燃燒速率這一優(yōu)化目標(biāo)，而優(yōu)化后的活塞頂面則是在不同進(jìn)氣道下的表現(xiàn)不盡相同。結(jié)合1000rpm和5000rpm轉(zhuǎn)速下的模擬結(jié)果，提出滿足不同要求的優(yōu)化方案：滿足中低轉(zhuǎn)速要求的模型B4P1和B4P2，其中模型B4P1對低轉(zhuǎn)速的優(yōu)化更好，而模型 B4P2則是兼顧了