非道路用柴油機(jī)缸內(nèi)氣體流動(dòng)與噴霧三維數(shù)值模擬.pdf

1、在非道路移動(dòng)機(jī)械中，絕大多數(shù)是以柴油機(jī)作為動(dòng)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(jī)制定了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。為了滿足日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，有必要采取有效的措施來降低非道路用柴油機(jī)的廢氣排放。對于中小型非道路用柴油機(jī)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(jì)算方法的不斷發(fā)展，人們得以能詳細(xì)研究柴油機(jī)缸內(nèi)流場及噴霧過程，進(jìn)而可以輔助我們對燃燒系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文利用STAR-CD軟

2、件對非道路用柴油機(jī)TY3100的進(jìn)氣壓縮及噴霧過程進(jìn)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(jìn)排氣道、氣缸、燃燒室在內(nèi)的柴油機(jī)三維實(shí)體模型，再利用內(nèi)燃機(jī)網(wǎng)格生成工具ES-ICE建立了柴油機(jī)三維實(shí)體動(dòng)網(wǎng)格模型，并借助發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓縮過程進(jìn)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(dòng)能、渦流比等流動(dòng)參數(shù)隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的曲線，并深入研究了進(jìn)氣道、缸內(nèi)氣體的流動(dòng)狀態(tài)以及壓縮階段燃燒室內(nèi)的湍流運(yùn)動(dòng)，分析了螺旋進(jìn)氣道的形狀、燃燒室偏心等因素對缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)的影響。分析結(jié)果表明，進(jìn)氣過程中，缸內(nèi)氣體由紊亂的流動(dòng)變?yōu)闇u流運(yùn)動(dòng)；螺旋進(jìn)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(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，并且明顯增強(qiáng)了缸內(nèi)的渦流強(qiáng)度，燃燒室偏心布置使得缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)不均勻

4、，不利于油氣的混合。
　　 第三，對發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射過程進(jìn)行了三維數(shù)值模擬模擬，深入研究了每個(gè)油束的霧化歷程以及油氣混合氣在缸內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，分析了油束夾角、渦流強(qiáng)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(gè)噴孔油束的貫穿度并不一致，各個(gè)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(dòng)及噴霧的影響。針對應(yīng)用較為廣泛的啞鈴型燃燒室