TY3100非道路用柴油機(jī)噴霧燃燒三維數(shù)值模擬研究.pdf

1、柴油機(jī)具有熱效率高和經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)，因此，非道路用機(jī)械大多以柴油機(jī)作為動(dòng)力來源。柴油機(jī)的噴霧燃燒過程是工作循環(huán)的核心和關(guān)鍵，直接影響到柴油機(jī)的動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性和排放性能。在能源和環(huán)境問題的雙重壓力下，要滿足非道路用柴油機(jī)嚴(yán)格排放法規(guī)的要求，優(yōu)化非道路用柴油機(jī)的噴霧燃燒過程具有非常重要的意義。
　　 相對(duì)于試驗(yàn)研究，內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)噴霧燃燒過程的多維數(shù)值模擬在預(yù)測(cè)柴油機(jī)性能、指導(dǎo)和優(yōu)化燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面，具有系統(tǒng)開發(fā)成本低、數(shù)據(jù)獲取方便、

2、研發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，是研究柴油機(jī)噴霧燃燒過程這一復(fù)雜多變的物理、化學(xué)過程的重要研究手段。本文在分析國內(nèi)外柴油機(jī)噴霧燃燒過程數(shù)值模擬現(xiàn)狀以及理解噴霧燃燒數(shù)值方法的基礎(chǔ)上，采用CFD分析軟件STAR-CD對(duì)TY3100型直噴柴油機(jī)缸內(nèi)噴霧和燃燒過程進(jìn)行了多維數(shù)值模擬。
　　 論文首先建立了TY3100柴油機(jī)缸內(nèi)噴霧和燃燒過程三維模擬的計(jì)算模型，并重點(diǎn)研究了計(jì)算網(wǎng)格及EBU LACT燃燒模型中的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)Aebu對(duì)模擬結(jié)果的影響。其中，利

3、用三維建模軟件UG建立了包括進(jìn)排氣道、氣缸、燃燒室在內(nèi)的計(jì)算域三維實(shí)體模型，利用STAR-CD及內(nèi)燃機(jī)動(dòng)網(wǎng)格生成工具ES-ICE建立了柴油機(jī)動(dòng)網(wǎng)格模型，并借助發(fā)動(dòng)機(jī)一維仿真軟件GT-POWER獲得了模擬的初始和邊界條件。計(jì)算網(wǎng)格及經(jīng)驗(yàn)參數(shù)Aebu對(duì)模擬結(jié)果的影響研究表明：噴霧燃燒數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)計(jì)算網(wǎng)格及模型參數(shù)選擇具有較大的依賴性；隨著網(wǎng)格加密，噴霧射流的速度不斷增大，噴霧油束幾何形態(tài)變得細(xì)長(zhǎng)，噴霧貫穿距增大；網(wǎng)格D適合于本研究的噴霧計(jì)

4、算；增大A曲u會(huì)使燃燒反應(yīng)速率加快，計(jì)算中Aebu取為4。
　　 其次，運(yùn)用建立的計(jì)算模型對(duì)TY3100原機(jī)的噴霧燃燒過程進(jìn)行模擬，詳細(xì)分析了柴油機(jī)缸內(nèi)流場(chǎng)、噴霧發(fā)展形態(tài)、噴霧液滴的空間分布及燃油濃度分布情況，燃燒溫度場(chǎng)及排放物NOx和SOOT的濃度場(chǎng)分布情況。研究表明，燃燒室偏心布置導(dǎo)致各個(gè)噴孔方向燃油濃度分布不均勻；較低的噴射壓力導(dǎo)致燃油霧化質(zhì)量較差，燃燒室凹坑內(nèi)的空氣利用率較低；NOx在高溫富氧的燃燒室凹坑及活塞和缸蓋之間

5、的區(qū)域生成，SOOT在燃燒室縮口和缸蓋頂部擠流區(qū)域生成。研究結(jié)果為原機(jī)燃燒系統(tǒng)的評(píng)價(jià)及改進(jìn)提供依據(jù)。
　　 最后研究了噴油壓力和燃燒室形狀對(duì)柴油機(jī)混合氣形成及燃燒過程的影響。噴油壓力從原機(jī)60MPa提高到120MPa后，霧化質(zhì)量提高，燃油分布區(qū)域增大，燃燒室內(nèi)的空氣利用率增大，碳煙生成量減少，同時(shí)NOx生成量增加，但碳煙減少幅度比NOx增加幅度大13％。噴油壓力的提高，燃燒室形狀也要與其匹配，因此在保證壓縮比不變的情況下，設(shè)計(jì)了