重型柴油機(jī)燃油破碎模型匹配及噴射參數(shù)研究.pdf

1、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)自問(wèn)世以來(lái)就以其熱效率高、一氧化碳排放量低、耐久性與可靠性好而成為動(dòng)力機(jī)械最重要的裝置之一。近年來(lái)，隨著世界各國(guó)排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，各行業(yè)對(duì)動(dòng)力機(jī)械的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求，柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展也呈現(xiàn)出了突飛猛進(jìn)的趨勢(shì)。然而，使用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行技術(shù)研究，雖然有很高的可靠性和實(shí)用性，但該方法會(huì)大幅增加科學(xué)研究的時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本。隨著CFD(Computational Fluid Dynamics)計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)

2、的日益成熟，使用專業(yè)計(jì)算程序或軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行模擬仿真為發(fā)動(dòng)機(jī)的科學(xué)研究開(kāi)辟了一條全新的道路。
　　本文針對(duì)Caterpillar3400系列重型柴油機(jī)進(jìn)行研究，這一系列機(jī)型是Caterpillar公司研發(fā)的經(jīng)典重型柴油機(jī)系列，多年來(lái)積累下了一整套可靠有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為之后的研究者留下了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。本文首先利用Pro/E三維制圖軟件繪制發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的幾何模型，然后利用ANSYS專業(yè)有限元分析軟件中的ICEM模塊對(duì)三維幾何

3、模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并生成相應(yīng)格式的網(wǎng)格文件;然后將網(wǎng)格文件、初始參數(shù)和邊界條件的文件，以及詳細(xì)的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理文件一并導(dǎo)入KIVA-3V內(nèi)燃機(jī)模擬計(jì)算程序進(jìn)行三維模擬仿真計(jì)算，并將其計(jì)算結(jié)果使用TECPLOT專業(yè)數(shù)據(jù)后處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和分析。
　　在燃油破碎模型的匹配驗(yàn)證方面，本文針對(duì)四種不同的燃油噴孔參數(shù)進(jìn)行，分別為噴孔數(shù)量為8，噴孔直徑為225微米、噴孔數(shù)量為8，噴孔直徑為260微米、噴孔數(shù)量為6，噴孔直徑為260微米以及

4、噴孔數(shù)量為6，噴孔直徑為300微米。針對(duì)四種噴孔參數(shù)使用目前廣泛應(yīng)用的Kelvin-Helmholtz and Rayleigh Taylor(KH-RT)破碎模型進(jìn)行匹配驗(yàn)證，得到了較好的匹配結(jié)果，說(shuō)明了發(fā)動(dòng)機(jī)三維模擬計(jì)算的可靠性。
　　驗(yàn)證了破碎模型之后，詳細(xì)討論了該破碎模型中的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)、初始條件、邊界條件、燃油噴霧錐角等不確定參數(shù)對(duì)于不同的燃油噴射時(shí)刻所產(chǎn)生影響的敏感性，探究在不確定性參數(shù)變化范圍相同的情況下，對(duì)于不同的燃油