涡流室式柴油机工作过程的三维模拟程序

介绍作者在涡流室式柴油机缸内工作过程多维数值模拟方法面的最新研究成果。所开发的ＥｎｇｉｎｅＣＦＤ－Ⅱ大型软件包使用Ｃ＋＋语言,用于Ｗｉｎｄｏｗｓ９５ ,采用面向对象的编程技术,在网络的自动生成技术和得杂边界的处理等方面有自己的特色和创新。在微机上成功地对涡流室式柴油机缸内工作过程进行了三维数值模拟。     

高强化柴油机涡流比与喷油压力匹配的多维燃烧模拟研究

采用CFD模拟软件FIRE对高强化柴油机缸内工作过程进行了模拟,分析了涡流比和喷油压力对缸内燃烧过程的影响。在此基础上对涡流比和喷油压力进行了综合优化匹配模拟,为小缸径柴油机燃烧系统的设计提供了理论依据。     

BH175F1涡流室式柴油机工作过程的数值模拟

为改善湖南新滨湖发动机有限公司的BH175F1型单缸风冷涡流室式柴油机的性能,利用AVL-FIRE程序对其缸内工作过程进行了数值模拟研究。研究结果揭示了燃烧室内的平均温度和压力的变化,涡流室内一次涡流、二次涡流的形态和位置等相关信息,以及燃油喷雾扩散和混合气形成过程的特点。此外,还探讨了油嘴安装角度对混合气形成及燃烧过程的影响,发现了油嘴安装角度偏离对称面可以获得更加均匀分布的混合气,确定了可以使燃烧持续期缩短将近5°CA的油嘴安装角度。     

可变涡流对高速柴油机性能影响的仿真研究

采用计算仿真的方法模拟某高速柴油机缸内的工作过程,分析柴油机缸内及进排气道内的流场、缸内燃烧过程以及有害排放物的生成。计算过程中采用部分或完全关闭一个进气道的方法改变缸内涡流状况,分析不同气道关闭方案下缸内涡流的强度,及其对柴油机动力性、经济性及排放性能的影响。计算结果表明,对柴油机完整工作循环进行三维数值模拟计算可获得缸内瞬态流场参数,当转速低于2400r·min-1时,完全关闭一个进气道可以在对动力性和经济性影响很小的情况下显著提高缸内涡流强度,减少碳烟的峰值生成量;部分关闭一个进气道,可以在对动力性、经济性几乎不影响的情况下减少NOx的生成量。     

柴油机进排气过程的三维数值模拟

利用瞬态可压缩黏性流体微分方程和k-ε两方程紊流模型,采用有限体积法对某柴油机单缸进排气过程进行了三维数值模拟。计算结果表明:进气过程中缸内涡流的产生是由于进气流带动缸内空气由小涡流转变成大涡流,且大涡流是偏心的;排气涡流是由于受气门阻力产生气流回旋而生成的,最大气流速度集中在远离排气口的地方;柴油机转速对缸内气流变化影响较大。     

船用低速柴油机扫气口结构对涡流比影响数值模拟与试验研究

船用二冲程柴油机扫气过程中的缸内流场直接影响着燃油的雾化情况,进而也对燃烧过程与排放水平有所影响,涡流比是评价缸内流场湍流强度的一项重要指标。本文首先用数值模拟的方法对某型二冲程船用柴油机进行建模,计算得到不同扫气口结构下的扫气过程的涡流比数据。随后,参考相关测试方法,结合相似准则,设计并进行了扫气口稳流试验。试验结果表明,试验能有效评估不同结构扫气口产生缸内流场涡流的能力,且试验结果与数值模拟结果在趋势上符合程度较好。     

涡流燃烧室碰撞喷雾模拟分析

应用FIRE软件,对一种吊钟型涡流室式柴油机的压缩、喷雾过程进行模拟,考察气流运动、喷雾方向对混合气形成、分布、扩散过程的影响.对于喷雾过程,主要通过缸内的燃空当量比分析了燃油的分布情况;由油滴在涡流室内的粒径云图观察喷雾的形态.模拟结果表明:涡流室内强烈的气流运动对燃油的雾化作用很大,由于气流的阻尼作用,油滴不断破碎...     

某柴油机缸内流动数值分析

通过CFD软件FIRE对某型柴油机的缸内流动过程进行了数值模拟,通过计算得到了气流在缸内的分布情况、缸压值以及涡流比,并对燃油的雾化能力进行了评估。     

燃烧室形状和位置对柴油机缸内空气运动的影响

本文利用多维数值模拟方法，进行了３个柴油机燃烧室方案下缸内三维流场的计算。系统地分析了燃烧室形状和位置对缸内流场的影响。计算表明，挤流和涡流的相互作用将使缸内涡流呈现非对称结构。     

柴油机螺旋进气道设计参数优化的数值模拟研究

研究了柴油机螺旋进气道设计参数对缸内涡流比的影响,通过优化选择各结构设计参数,达到改善缸内涡流比的目的。利用三维建模软件对一台高速柴油机的进气道及燃烧室进行三维建模,采用三维计算流体力学软件Converge进行气道和缸内的流动数值模拟计算,并采用均匀设计法,设计了5因素11水平的数值模拟试验,得出了缸内涡流比与结构参数之间的相关关系式。研究结果表明:各结构参数对缸内涡流比的影响程度各不相同,结构参数改变对缸内涡流比的影响能够达到18%以上;通过分析相关关系式选择各结构参数的取值,使缸内涡流比获得最大值1.035 8和最小值0.670 8。     

涡流室式柴油机空气运动的3维数值模拟

通过对标准κ－ε模型作适当修正来模拟气体的湍流运动，建立了涡流室式柴油机的空气运动的３维数值计算模型，开发了大型微机化３维数值模拟程序。首次对吊钟型涡流室式柴油机的流场进行了３维计算，计算结果与ＬＤＶ实验结果具有良好的一致性。画出了涡流室纵截面，横截面和侧截面上的速度矢量图。     

利用燃烧模拟对柴油机燃烧室的优化设计

利用CFD模拟软件FIRE及发动机热力循环模拟软件BOOST对六缸柴油机的工作循环过程及缸内的喷雾与燃烧过程进行了模拟分析,在原型机的仿真计算结果与实验值符合较好的前提下,通过对缸内燃油分布的分析,提出了综合考虑燃烧室形状、涡流比及喷孔配置等多因素的最优配置方法.结果表明,将热力循环模拟和三维燃烧模拟结合起来,既有利于实验验证,又便于对柴油机的缸内工作过程进行深入的分析.     

涡流室式柴油机冷起动初次着火位置研究

本文对涡流室式柴油机在冷起动条件下的主、副燃烧室燃烧喷雾和着火过程进行了高速摄影,并测录了主、副燃烧室的压力示功图;分析了涡流室式柴油机起动时的着火现象,从中得出具有吊钟形结构和起动喷孔的涡流室式柴油机起动时首先着火点的位置在涡流室下侧,位于通道与起动孔之间的上部区域,从而为改善涡流室式柴油机发火过程,进而改善起动性能指出方向和途径。     

涡流室式柴油机燃烧室连接通道流量系数的研究

涡流室式柴油机燃烧室连接通道系数是否能够精确确定，将影响柴油机放经计算及工作过程模拟计算的精度，本在分析近３０年来国内外有关工作的基础上，根据稳流试验的结果，提出了计算涡流室式及变通道涡流室式两种燃烧室连接通道流量系数的两组经验公式，研究结果表明，这些经验公式比取定值定值流量系数及迄今已有的其它经验公式具有更高的可靠性，可提高涡流室式与变通道涡流室式柴油机放热率计算及工作过程模拟计算的精度。     

非道路用柴油机气流运动及喷雾数值模拟分析

利用CFD软件STAR—CD及ES—ICE对柴油机压缩喷雾过程进行数值模拟分析。模拟计算从进气过程开始,充分考虑了进气过程给缸内流场带来的影响,分析了喷雾前缸内流场及喷雾过程。研究表明,哑铃型燃烧室明显增强了压缩末期缸内涡流强度,燃烧室偏心布置使得缸内气流运动不均匀,燃烧室内的燃油分布也不均匀,各个喷孔方向上燃油喷射状况并不相同。     

四气门柴油机缸内涡流形成过程试验研究

在稳流模拟试验台上,利用研制的缸内三维流场测量装置,运用热线风速仪测量了四气门柴油机缸内不同高度横截面的三维流场,通过对大量试验数据的分析,揭示了四气门柴油机缸内涡流的形成过程及气门开度对其影响的变化规律。四气门柴油机缸内涡流主要由气缸周边处的强气流产生;缸内主涡流出现在两进气道气门的下方,随气门开度的增大而增强;副涡流出现在远离进气门一边,随气门开度的减小而减强。当缸内空气主涡流动量矩流率与缸内空气总动量矩流率近似相等时,就形成了始稳面,始稳距离随气门开度的减小而增大。     

涡流室式柴油机喷雾模式探讨

本文运用高速摄影技术对涡流室式柴油机进行高速摄影,分析探讨了燃油在涡流室内的喷雾及贯穿情况,得到了涡流室式柴油机的喷雾模式和喷注贯穿距离S 的计算方法,讨论了涡流强度N 对喷注贯穿距离S 的影响,为改善涡流室式柴油机的喷雾状况进而改善其性能指出了方向。     

柴油机进气-压缩过程的三维瞬态数值模拟研究

应用动网格技术,对某柴油机在进气和压缩过程中气道-气门-气缸内的瞬态流场进行了数值模拟。模拟结果表明：在进气过程初期,缸内气流运动是紊乱的;随后,逐渐形成多个小涡流;到进气过程中后期,单一大尺度进气涡流形成并逐步得到发展、稳定和加强。而压缩过程初期,在进气涡流继续保持的同时,压缩涡流形成;到压缩过程后期,挤压涡流出现,气流以螺旋方式从气缸进入燃烧室,同时缸内的滚流逐渐加强。压缩过程中缸内气体的平均湍动能随曲轴转角的增大呈先减小后增大再减小的趋势。压缩上止点附近气缸边缘的湍动能很弱,而气缸中部挤流区域的湍动能则相对很强。水平方向的涡流、轴线方向的滚流以及湍动能的这种分布特性都有利于燃油的雾化以及与空气的混合。     

涡流室式柴油机冷起动时的准维燃烧模拟计算

从实测示功图的形状可知,涡流室式柴油机在冷起动过程中存在3种典型的非稳态过程：V型、W型和Y型。在试验研究的基础上,首次建立了涡流室式柴油机冷起动时非稳态过程的准维模型,分别计算和分析了3种不同燃烧过程主、副燃烧室中的放热特性及排放生成情况,以期为进一步改善涡流室式柴油机的冷起动性能打下基础。     

涡流室式柴油机相关火焰微元燃烧模型的三维数值模拟

把涡流室式柴油机不同区域与不同时期的燃烧过程分开处理,将涡流室的燃烧过程划分为３个阶段,即：低温着火化学动力学反应阶段、高温预混燃烧化学动力学反应阶段和相关火焰微元的扩散燃烧阶段,而认为主燃烧室的燃烧只有相关火焰微元的扩散燃烧阶段。用Ｓｈｅｌ着火模型、Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ方程和相关火焰微元模型来分别模拟低温着火、高温预混燃烧和扩散燃烧过程。开发了三维数值模拟计算程序并对其进行计算,研究了涡流室中瞬态温度场的变化过程。模型预测的示功图和涡流室中的燃烧放热率与试验值吻合良好。