分層稀薄燃燒LPG液態(tài)噴射發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)混合氣形成過(guò)程的數(shù)值解析.pdf

1、液化石油氣(LPG)因其良好的燃料特性和低污染氣體排放已成為優(yōu)良的汽車代用燃料之一。但目前廣泛應(yīng)用的采用氣態(tài)LPG燃料供應(yīng)方式的發(fā)動(dòng)機(jī)與原汽油機(jī)相比，普遍存在動(dòng)力性下降的缺點(diǎn)，而采用進(jìn)氣道多點(diǎn)液態(tài)LPG噴射(MPLI)可有效解決這個(gè)問(wèn)題。但是目前LPG液態(tài)噴射發(fā)動(dòng)機(jī)幾乎都采用預(yù)混合均質(zhì)燃燒方式，在部分負(fù)荷時(shí)燃料經(jīng)濟(jì)性并不理想，應(yīng)用分層稀薄燃燒技術(shù)是提高部分負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性最有力的措施之一，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率可提高10％～15％。本文以數(shù)值模擬和紋

2、影實(shí)驗(yàn)為主要的研究手段，詳細(xì)考察了噴嘴內(nèi)部的流動(dòng)、液態(tài)LPG的噴霧發(fā)展過(guò)程、在進(jìn)氣歧管內(nèi)的反射過(guò)程以及缸內(nèi)分層混合氣構(gòu)造的形成過(guò)程。 液態(tài)LPG噴嘴內(nèi)部的氣穴現(xiàn)象對(duì)其噴霧的發(fā)展過(guò)程有著非常重要的影響。因此，本文首先建立了描述液態(tài)LPG燃料性質(zhì)的13種物化參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)并編譯導(dǎo)入通用CFD軟件Fire8.5，在驗(yàn)證了其解析方法可行性基礎(chǔ)上，數(shù)值解析了液態(tài)LPG噴嘴內(nèi)部在不同噴孔形狀時(shí)的氣穴現(xiàn)象，考慮了氣穴生成的位置、噴孔出口處的燃料

3、蒸汽體積分?jǐn)?shù)的分布、壓力和流速等，這些參數(shù)為解析噴嘴外部的LPG噴霧發(fā)展過(guò)程提供了包括噴孔初始的液滴半徑、出口流速、壓力等必要的初始條件。 將噴嘴內(nèi)部流動(dòng)過(guò)程的解析結(jié)果作為計(jì)算的初始條件，對(duì)原Fire8.5中的噴霧模型進(jìn)行了修正、在蒸發(fā)方程中增加了由于燃料過(guò)熱度而引起的蒸發(fā)量變化的項(xiàng)之后，數(shù)值解析了液態(tài)LPG的噴霧發(fā)展過(guò)程以及在進(jìn)氣歧管模型內(nèi)的反射過(guò)程。并且與光學(xué)紋影實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了解析方法的可行性。在這個(gè)基礎(chǔ)上，進(jìn)一

4、步考察了不同噴射壓力時(shí)的LPG噴霧貫穿距離和索特平均直徑(SMD)，可以知道減壓沸騰現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，離開(kāi)噴孔出口的液滴的索特平均直徑(SMD)迅速減小。 基于上述研究的基礎(chǔ)上，本文提出了一種電控液態(tài)LPG噴射發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)采用前端向內(nèi)彎曲的進(jìn)氣道和向內(nèi)呈漸縮形布置的隔板，同時(shí)配合使用凹面彎曲活塞頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)分層稀薄燃燒的方法。對(duì)LPG發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷下的分層混合氣形成過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，并通過(guò)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比的方式驗(yàn)證了所提出的數(shù)值解析方法

5、的可行性。通過(guò)缸內(nèi)速度矢量圖和燃料濃度場(chǎng)分布圖，分析了缸內(nèi)滾流和混合氣分層構(gòu)造的形成過(guò)程。結(jié)果表明，滾流在壓縮行程初期形成，濃混合氣在滾流的帶動(dòng)下沿缸壁上行，壓縮行程接近終了時(shí)，濃混合氣到達(dá)火花塞附近，背離火花塞附近的區(qū)域，混合氣濃度逐漸降低，從而形成分層混合氣構(gòu)造。此時(shí)，雖然燃燒室中心區(qū)域依然殘存部分滾流，但其它區(qū)域滾流已經(jīng)畸變、破碎成眾多小尺度渦流。進(jìn)一步研究了缸內(nèi)滾流強(qiáng)度、燃料噴射期和燃燒室形狀對(duì)混合氣形成的影響，并根據(jù)數(shù)值解析的