基于CFD的小型增壓汽油機(jī)燃燒系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文基于基于CFD的小型增壓汽油機(jī)燃燒系統(tǒng)優(yōu)化的小型增壓汽油機(jī)燃燒系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)CombustionSystemOptimalDesignofTurbogedDownsizingGasolineEngineBasedonCFD學(xué)科專業(yè)：動(dòng)力機(jī)械及工程研究生：瞿偉指導(dǎo)教師：徐玉梁研究員天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2016年12月I中文摘要中文摘要當(dāng)前能源與環(huán)境問題不斷加重，節(jié)能減排任務(wù)日益嚴(yán)峻。增壓小型化作為汽油機(jī)節(jié)能降耗的有效

2、手段之一，得到了廣泛關(guān)注。本文以一款1.0L三缸增壓汽油機(jī)為研究對(duì)象，針對(duì)汽油機(jī)增壓強(qiáng)化后爆震傾向增加、壓縮比提高受限等問題，從優(yōu)化缸內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的角度，采用CFD手段對(duì)多套燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了瞬態(tài)仿真，深入研究氣道、燃燒室、活塞結(jié)構(gòu)對(duì)提高缸內(nèi)滾流比、湍動(dòng)能的作用和影響。首先，依據(jù)氣道設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)了3組進(jìn)氣道，并分別與基礎(chǔ)燃燒室組成3套燃燒系統(tǒng)，在5500rmin全負(fù)荷工況下進(jìn)行瞬態(tài)仿真。結(jié)果顯示，PtC氣道能產(chǎn)生最強(qiáng)的缸內(nèi)滾流運(yùn)動(dòng)，缸內(nèi)瞬態(tài)

3、滾流比與平均湍動(dòng)能分別達(dá)到2.85和377m2s2；3套燃燒系統(tǒng)壓縮末端的湍動(dòng)能都超過了200m2s2，但湍動(dòng)能都偏進(jìn)氣側(cè)，會(huì)導(dǎo)致火焰?zhèn)鞑ゲ粚?duì)稱，爆震傾向增加。其次，對(duì)燃燒室masking結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究。對(duì)比樣機(jī)開發(fā)階段PtAmasking燃燒系統(tǒng)的瞬態(tài)仿真與試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)計(jì)算模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證。以PtC為優(yōu)化氣道，研究了燃燒室masking對(duì)增大缸內(nèi)滾流比、規(guī)范湍動(dòng)能位置的作用。在基礎(chǔ)燃燒室的結(jié)構(gòu)上，設(shè)計(jì)了3組帶masking結(jié)

4、構(gòu)的燃燒室，并分別與PtC氣道組成3套燃燒系統(tǒng)。5500rmin、2000rmin全負(fù)荷工況下的瞬態(tài)仿真結(jié)果顯示，相比PtC氣道基礎(chǔ)燃燒室，帶進(jìn)排氣masking結(jié)構(gòu)的C03燃燒系統(tǒng)使缸內(nèi)滾流比、湍動(dòng)能分別增加10%和6.9%；單獨(dú)采用masking結(jié)構(gòu)不能使2種典型工況下的湍動(dòng)能居中。然后，以PtC氣道C03燃燒室為基礎(chǔ)，重新設(shè)計(jì)了3組不同頂部形貌的活塞，仿真分析了3套新活塞燃燒系統(tǒng)缸內(nèi)流場(chǎng)與湍動(dòng)能分布。依據(jù)仿真結(jié)果，在3組活塞基礎(chǔ)上

5、調(diào)整凹坑結(jié)構(gòu)、傾斜面高度，設(shè)計(jì)了2組優(yōu)化活塞。2組優(yōu)化活塞5500rmin、2000rmin的瞬態(tài)仿真結(jié)果顯示，P04活塞在高速、低速下都能使湍動(dòng)能居中；P05活塞在低速時(shí)缸內(nèi)湍動(dòng)能居中，高速時(shí)湍動(dòng)能偏進(jìn)氣側(cè)；活塞頂面凹坑結(jié)構(gòu)會(huì)在一定程度上降低缸內(nèi)滾流比及湍動(dòng)能數(shù)值。最后，分別對(duì)PtC燃燒系統(tǒng)、C03燃燒系統(tǒng)與P04燃燒系統(tǒng)進(jìn)行的燃燒模擬顯示，C03燃燒系統(tǒng)缸內(nèi)火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤煊赑tC與P04燃燒系統(tǒng)，但缸內(nèi)進(jìn)氣側(cè)火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤煊谂艢鈧?cè)，