內(nèi)燃機(jī)性能多學(xué)科優(yōu)化模擬研究.pdf

1、內(nèi)燃機(jī)由于體積小、動(dòng)力好、效率高等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)今世界最受歡迎的動(dòng)力裝置，被廣泛應(yīng)用于汽車、化工、航空等領(lǐng)域。對(duì)內(nèi)燃機(jī)燃燒、排放等性能的研究具有非常重要的意義。本文主要以一四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)為研究對(duì)象，利用AVL Fire軟件模擬研究了內(nèi)燃機(jī)瞬態(tài)工作過程并對(duì)性能進(jìn)行分析，主要內(nèi)容如下：
　　（1）根據(jù)具體結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立內(nèi)燃機(jī)簡(jiǎn)化的幾何模型，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)網(wǎng)格劃分，確定計(jì)算初始值，設(shè)置合適的邊界條件及物理模型，并對(duì)相應(yīng)模型進(jìn)行了考核

2、，誤差均不超過3％，驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果的可信性，并分析了壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)及污染物排放等分布規(guī)律得出：最大爆發(fā)壓力出現(xiàn)在368oCA左右，約為16.5MPa，缸內(nèi)最大平均溫度約為1853K，在492oCA排氣門打開時(shí)，NOx質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.73×10-3，Soot質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.51×10-5。
　?。?）增大初始?jí)毫Γ瑢?duì)缸內(nèi)污染物及動(dòng)力性能都有很好的影響。隨著初始?jí)毫τ?.15MPa增大到0.35MPa，缸內(nèi)爆發(fā)壓力增大，最高溫度降低，NO

3、x最終質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.00361降低到0.00204，Soot最終質(zhì)量分?jǐn)?shù)則由3.74×10-5降低到9.0×10-6，單缸循環(huán)指示功則由從520.54J增加到563.74J；隨著噴油提前角增大，缸內(nèi)爆發(fā)壓力、最高溫度及NOx最終質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，Soot最終質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，單缸循環(huán)指示功在15oCABTDC時(shí)有最大值555.04J；增大渦流比可以降低缸內(nèi)最大平均溫度，隨著渦流比由0.5增大到3.5時(shí)，單缸循環(huán)指示功則由562.8J降低到546

4、.0J，在渦流比為3.5時(shí)，缸內(nèi)NOx質(zhì)量分?jǐn)?shù)有最小值2.65×10-3。
　?。?）隨著燃燒室Sc（燃燒室形狀）值由3.5增大到6.5時(shí)，內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)性能變化較大，在Sc=4.5缸內(nèi)有最高溫度，Sc為4.5和5.5時(shí)缸內(nèi)Soot質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低分別為1.5×10-5和1.6×10-5，在Sc為5.5時(shí)NOx平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)有最小值2.73×10-3，單缸循環(huán)指示功有最大值566.79J；燃燒室偏心距的增大對(duì)內(nèi)燃機(jī)排放、動(dòng)力等性能有重要影響

5、，隨著偏心距由0mm增大到8mm，缸內(nèi)最大湍動(dòng)能逐漸降低，在偏心距為4mm時(shí)，缸內(nèi)Soot有最低質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.12×10-5，且單缸循環(huán)功有最大值562.67J。
　　(4)利用Isight優(yōu)化平臺(tái)集成AVL Fire軟件，搭建合適的多學(xué)科優(yōu)化平臺(tái)，優(yōu)化最佳噴油參數(shù)：以噴油持續(xù)期和噴油夾角為自變量，以最高爆發(fā)壓力為約束條件，以NOx和Soot總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行多學(xué)科優(yōu)化，得出在噴油夾角為151o，噴油終止角為373oCA時(shí)，目