非道路用柴油機缸內(nèi)氣體流動與噴霧三維數(shù)值模擬.pdf

1、在非道路移動機械中，絕大多數(shù)是以柴油機作為動力。隨著能源與環(huán)境問題持續(xù)受到關(guān)注，我國已經(jīng)對非道路用柴油機制定了嚴格的排放標準。為了滿足日益嚴格的排放標準，有必要采取有效的措施來降低非道路用柴油機的廢氣排放。對于中小型非道路用柴油機而言，優(yōu)化油、氣、燃燒室三者之間的匹配是降低尾氣排放最重要的手段之一。隨著數(shù)值模擬計算方法的不斷發(fā)展，人們得以能詳細研究柴油機缸內(nèi)流場及噴霧過程，進而可以輔助我們對燃燒系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計。本文利用STAR-CD軟

2、件對非道路用柴油機TY3100的進氣壓縮及噴霧過程進行了三維數(shù)值模擬研究。
　　 首先，應(yīng)用逆向工程技術(shù)和三維繪圖軟件UG建立了包括進排氣道、氣缸、燃燒室在內(nèi)的柴油機三維實體模型，再利用內(nèi)燃機網(wǎng)格生成工具ES-ICE建立了柴油機三維實體動網(wǎng)格模型，并借助發(fā)動機仿真軟件GT-POWER提供了用于CFD模擬的初始和邊界條件。
　　 其次，對發(fā)動機進氣壓縮過程進行了三維瞬態(tài)數(shù)值模擬，得到了氣體的流場、溫度場和壓力場的分布，以及

3、如湍動能、渦流比等流動參數(shù)隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的曲線，并深入研究了進氣道、缸內(nèi)氣體的流動狀態(tài)以及壓縮階段燃燒室內(nèi)的湍流運動，分析了螺旋進氣道的形狀、燃燒室偏心等因素對缸內(nèi)氣流運動的影響。分析結(jié)果表明，進氣過程中，缸內(nèi)氣體由紊亂的流動變?yōu)闇u流運動；螺旋進氣道存在氣流交匯區(qū)域，降低了氣道流通性能；氣門座內(nèi)存在氣流運動，并能在壓縮末期產(chǎn)生較高的湍流區(qū)域；啞鈴型燃燒室使得擠流運動強烈，并且明顯增強了缸內(nèi)的渦流強度，燃燒室偏心布置使得缸內(nèi)氣流運動不均勻

4、，不利于油氣的混合。
　　 第三，對發(fā)動機燃油噴射過程進行了三維數(shù)值模擬模擬，深入研究了每個油束的霧化歷程以及油氣混合氣在缸內(nèi)的運動規(guī)律，分析了油束夾角、渦流強度等因素對噴霧過程的影響。研究表明，由于油嘴與燃燒室位置的不對稱性，各個噴孔油束的貫穿度并不一致，各個噴孔方向上燃油噴射狀況也存在明顯的差異，使得缸內(nèi)燃油分布不均勻。
　　 此外，本文還著重研究了燃燒室形狀對缸內(nèi)氣體流動及噴霧的影響。針對應(yīng)用較為廣泛的啞鈴型燃燒室