可變渦流對高速柴油機性能影響的仿真研究.pdf

1、柴油機作為廣泛應用的熱效率最高的原動機械已經(jīng)為人類服務了一百多年。隨著能源和環(huán)境問題的日益突出,人們對柴油機經(jīng)濟性和排放性能的要求越來越高。這時,對柴油機缸內(nèi)流場的研究就顯得尤為重要,在柴油機缸內(nèi)的渦流是一種非常重要的氣流形式,直接影響著燃油的霧化和燃燒,對柴油機的經(jīng)濟性和排放性能起著至關(guān)重要的作用。為了使柴油機在較寬的轉(zhuǎn)速區(qū)域都能達到良好的性能,現(xiàn)代先進柴油機一般希望采用可變渦流系統(tǒng)來滿足不同轉(zhuǎn)速下所需的渦流強度。傳統(tǒng)測量缸內(nèi)渦流強度

2、的主要方法是在穩(wěn)壓實驗臺上測量渦流比,這種方法不確定因素多、精度不高,更重要的是無法直接反映柴油機缸內(nèi)瞬時渦流強度,已經(jīng)無法滿足現(xiàn)在更加精確掌握缸內(nèi)流場的要求。因此需要尋求一種精確掌握缸內(nèi)流場的研究方法。
　　 本文采用數(shù)值模擬計算的方法來研究缸內(nèi)瞬態(tài)流場,分析柴油機缸內(nèi)及進排氣道內(nèi)的流場、缸內(nèi)燃燒過程以及有害排放物的生成。通過缸內(nèi)氣流繞氣缸軸線旋轉(zhuǎn)的動量矩來評定缸內(nèi)瞬時渦流強度,并分析可變渦流系統(tǒng)對柴油機缸內(nèi)流場以及性能的影響

3、。文中以某四氣門高速車用柴油機為原型,建立單個氣缸和進、排氣道的三維數(shù)值計算模型,采用計算流體力學、計算傳熱學和計算燃燒熱化學模擬計算柴油機不同轉(zhuǎn)速下工作過程整個循環(huán),計算出動力性、經(jīng)濟性和排放性能參數(shù),并通過與實驗數(shù)據(jù)對比以驗證計算模型的可靠性。在此基礎上計算6種轉(zhuǎn)速下整個工作循環(huán)缸內(nèi)流場參數(shù),采用部分或全部關(guān)閉一個進氣道的方法改變缸內(nèi)渦流強度,每種轉(zhuǎn)速下計算5種不同的氣道控制方案下缸內(nèi)瞬態(tài)流場,分析不同控制方案下缸內(nèi)渦流強度以及對柴

4、油機各性能的影響。
　　 計算結(jié)果表明,采用對柴油機完整工作循環(huán)做數(shù)值模擬的方法研究柴油機缸內(nèi)流場可以得到整個缸內(nèi)空間比較精確的瞬態(tài)流場參數(shù),有利于研究柴油機的換氣過程和缸內(nèi)渦流形成過程。對于具有兩個獨立進氣道的四氣門柴油機,采用部分或全部關(guān)閉一個進氣道的方式可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)缸內(nèi)渦流強度。在低轉(zhuǎn)速時,完全關(guān)閉一個進氣道可顯著提高缸內(nèi)渦流強度,并且對進氣終了時缸內(nèi)存氣量影響很小,即可以在對柴油機動力性影響很小和情況下改善燃油霧