基于CFD對1E40F型二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)掃氣過程數(shù)值模擬及排放控制研究.pdf

1、二沖程汽油機(jī)具有動(dòng)力性好、體積小、重量輕、振動(dòng)噪音小、起動(dòng)容易和造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，在摩托車、賽艇及園林機(jī)械等動(dòng)力系統(tǒng)中多有較廣泛應(yīng)用。二沖程汽油機(jī)的掃氣過程在很大程度上影響缸內(nèi)新鮮工質(zhì)的充量、氣流狀況及污染物排放，進(jìn)而影響動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放等性能指標(biāo)。本文針對某1E40F型二沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)行掃氣過程的建模仿真與實(shí)驗(yàn)研究，在綜合分析研究的基礎(chǔ)上，取得較為合理的二沖程汽油機(jī)掃氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，為開展二沖程汽油機(jī)低排放工作打下較好應(yīng)用基

2、礎(chǔ)。開展的主要研究工作有:
　　1對原機(jī)進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，得到原掃氣參數(shù)下的二沖程汽油機(jī)的動(dòng)力性參數(shù)與排放特性，分析過量空氣系數(shù)對排放的影響，并對氣口參數(shù)依據(jù)系數(shù)計(jì)算法進(jìn)行優(yōu)化;
　　2利用三維建模軟件CATIA對原型機(jī)內(nèi)流場進(jìn)行參數(shù)化建模（氣口參數(shù)參考理論優(yōu)化之后）。首先針對掃氣口仰角，分別建立0°模型、8°模型和15°模型;其次針對活塞頂形狀，分別建立圓形凸頂模型和凹坑階梯模型;其三針對主掃氣道的結(jié)構(gòu)建立半封閉掃氣道模型;最

3、后針對主掃氣道掃氣口仰角，建立20°模型。使用ICEM CFD對各模型分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分和初步進(jìn)行邊界處理。
　　3應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法，即利用CFD軟件Fluent，設(shè)置相同的邊界條件和初始條件，對上述建立的模型的掃氣過程分別進(jìn)行數(shù)值模擬，得到內(nèi)流場壓力圖、溫度圖、速度矢量圖以及掃排氣口質(zhì)量流量等結(jié)論。分析各參數(shù)模型通過仿真得出的結(jié)論，為取得較為合理的內(nèi)流場結(jié)構(gòu)提供意見。此外，本文還對空間分層掃氣方案做了數(shù)值模擬。

4、>　　通過試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，對于1E40F二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)而言，在較高轉(zhuǎn)速下（大于4500r/min）運(yùn)行，其油耗相對于低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)較低。發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷在0.2Mpa～0.3Mpa時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)NOx、CO、CH污染物排放指標(biāo)較合理;通過流體模擬分析得出，在高轉(zhuǎn)速下，適當(dāng)增加發(fā)動(dòng)機(jī)掃氣口仰角、改變發(fā)動(dòng)機(jī)活塞頂形狀為凹坑階梯形、改發(fā)動(dòng)機(jī)掃氣道為半封閉式掃氣道以及適當(dāng)增加主掃氣道仰角，對發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)氣流組織、進(jìn)排氣狀況有很大影響。掃氣口仰角為8°時(shí)，相對于其

5、它角度對廢氣的掃動(dòng)和排出較為有利;當(dāng)活塞頂改為凹坑階梯型時(shí)，在掃氣初期，對缸內(nèi)左上角的掃氣不夠充分，到掃氣中后期，改進(jìn)模型的掃氣流動(dòng)組織的更為合理，近壁面氣體流動(dòng)加快，加強(qiáng)了掃氣效果;在對主掃氣道進(jìn)行半封閉處理后，副掃氣道寬度比例較大的模型計(jì)算結(jié)果顯示，在中間面上的排氣口處速度矢量明顯減少，意味著新鮮混合氣的短路損失減少很多;在對主掃氣道仰角進(jìn)行單獨(dú)改變后發(fā)現(xiàn)后期的掃氣效果優(yōu)于原機(jī)，但前期短路損失較嚴(yán)重;分層掃氣數(shù)值模擬結(jié)果顯示，新鮮混