用PIV技術(shù)研究汽油機(jī)的缸內(nèi)流場(chǎng).pdf

1、內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)對(duì)混合氣形成和燃燒過程起著決定性作用,進(jìn)而影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、燃燒噪聲和有害廢氣的排放特性.激光粒子圖像測(cè)速技術(shù)(PIV)作為一種無干擾、全場(chǎng)瞬態(tài)測(cè)量、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和處理的二維平面速度場(chǎng)測(cè)量技術(shù),其優(yōu)點(diǎn)非常明顯.為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能,本文采用PIV技術(shù)對(duì)一臺(tái)經(jīng)過光學(xué)改造的四氣門汽油機(jī)的缸內(nèi)氣體流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究. 本文改進(jìn)并完善了汽油機(jī)缸內(nèi)流場(chǎng)測(cè)量的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),以較好地滿足實(shí)驗(yàn)的要求:對(duì)光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)

2、系統(tǒng)改進(jìn)；開發(fā)了一套控制PIV系統(tǒng)在預(yù)設(shè)曲軸轉(zhuǎn)角下進(jìn)行連續(xù)拍攝的電控系統(tǒng)；對(duì)PIV系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)優(yōu)化等.探索出一套較為完善的數(shù)據(jù)處理方法,采用多樣本平均的方法來研究缸內(nèi)流場(chǎng)的整體結(jié)構(gòu),減少汽油機(jī)循環(huán)變動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；以缸內(nèi)流場(chǎng)的速度矢量分布數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),提出了用速度流線圖、面平均速度、時(shí)間域湍流強(qiáng)度分布、空間域湍流強(qiáng)度、渦流比、滾流比等參數(shù),多角度分析缸內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和演化規(guī)律的方法,為缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)的量化提供了判定依據(jù). 本文運(yùn)用P

3、IV技術(shù)對(duì)四氣門汽油機(jī)在進(jìn)氣與壓縮行程中缸內(nèi)流場(chǎng)的演化過程進(jìn)行了分析研究,包括對(duì)氣缸內(nèi)不同轉(zhuǎn)速下不同橫截面上的流場(chǎng)以及同一轉(zhuǎn)速下氣門中心面和氣缸中心面這兩個(gè)縱截面上的流場(chǎng)的研究.研究結(jié)果表明:四氣門汽油機(jī)橫截面上雙氣門進(jìn)氣時(shí),不存在大尺度渦流,單氣門進(jìn)氣時(shí),能觀察到大尺度渦流結(jié)構(gòu)；縱截面上的滾流運(yùn)動(dòng)十分明顯,在進(jìn)氣行程的初始階段就開始形成,經(jīng)歷了由弱到強(qiáng)再減弱的過程,形狀也由最初的雙渦變成單一的大尺度渦旋,單氣門進(jìn)氣時(shí),缸內(nèi)滾流運(yùn)動(dòng)要比

4、雙氣門進(jìn)氣時(shí)顯著加強(qiáng),氣門中心面處所測(cè)得的滾流運(yùn)動(dòng)要比氣缸中心面處的強(qiáng)烈；不論是時(shí)間域還是空間域湍流流動(dòng)都有很強(qiáng)的方向性,且沿Y方向占主導(dǎo)；絕對(duì)湍流強(qiáng)度曲線隨曲軸轉(zhuǎn)角變化平緩,相對(duì)湍流強(qiáng)度曲線起伏較大,上止點(diǎn)后270°曲軸轉(zhuǎn)角時(shí),橫截面和縱截面流場(chǎng)的相對(duì)湍流強(qiáng)度值都達(dá)到最大值；轉(zhuǎn)速對(duì)渦流比的影響不大,不同橫截面所得出的渦流比有較大差異,距離缸蓋越近的平面的渦流比越大；滾流比曲線總的趨勢(shì)是單氣門進(jìn)氣時(shí)滾流比要比雙氣門進(jìn)氣時(shí)大大加強(qiáng),氣門中