螺旋进气道-气门-气缸内空气运动的3维数值模拟

对稳流试验中螺旋进气道－气门－气缸内３维流场进行了数值模拟,分析了气道形状、气门偏置对流场特征和涡流比的影响。计算表明：螺旋气道斜坡段产生的气流角动量是气流在气缸内形成旋流的主要原因。气流在螺旋进气道内产生的角动量与气缸内进气射流碰撞气门盘、气门座和气缸壁产生的角动量相结合,在气缸内形成复杂的旋流运动,而气流运动到气缸出口平面时,小旋涡与主旋流融合,形成了单一方向的旋流,因而气道涡流比随着气缸轴向距离的增大而增大。这些结果表明,采用流动数值模拟可以获得稳流试验中难以得到的内部流动信息,从而为气道设计提供更有力的依据。     

进气道和燃烧室形状对大缸径天然气发动机缸内流动和燃烧的影响

为了提升采用当量燃烧的大缸径天然气发动机的指示热效率,提出了组织弱涡流、强滚流、高湍流强度的缸内气流运动的理念,据此设计了不同形状的进气道和燃烧室,并采用三维数值模拟的方法研究了进气道和燃烧室形状对缸内流动和燃烧的影响。研究发现:与原机相比,当将原螺旋进气道改为直进气道并配合原缩口型、新的直口型、敞口型和半球型燃烧室时,缸内涡流运动显著减弱,滚流运动明显增强,在压缩冲程中最大滚流比分别可达0.76、0.83、1.03和1.71;点火时刻缸内平均湍动能分别增加了35.27%、36.26%、50.33%和135.99%,燃烧速率逐渐加快,指示热效率逐渐增加。综上,半球型燃烧室配合直进气道更有利于缸内强滚流的形成和点火时刻湍流强度的提高,指示热效率也由原机的39.51%提高到42.14%。     

4气门直喷柴油机进气道组合和位置对进气涡流的影响

在稳流气道试验台上,对4气门直喷柴油机采用螺旋进气道和切向进气道的不同组合和不同相互位置时,气道的流动特性进行了试验研究。为了上邻气道的进气气流在缸内干涉的程度及其对缸内涡流运动的影响,提出了流量系数损失率和角动量矩损失率的概念。研究结果表明：柴油机采用切向气道在后的气道组合时,涡流比的变化受后面螺旋气道方位的影响较小,相邻气道的进气气流干涉较小。     

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。     

四气门柴油机进气道的三维实体造型及流场数值模拟

本文介绍了四气门柴油机双进气道设计的一种现代方法，即应用反向工程技术实现气道三维造型，并应用CFD软件FIRE对其实现气道一气门一气缸内气体三维数值模拟，计算结果与试验结果吻合较好。对气道内气流流动特性进行评价及对比，得出对于单进气道布置以切向布置最佳，因这样能产生相对大的涡流，双进气道因两气流产生干涉，造成少量的流量损失，但却会增强缸内的涡流。     

气道结构对进气过程影响的仿真研究

利用PRO/E对设计的3种不同结构型式进气道进行实体造型,基于AVL-Fire软件对柴油机气道-气门-气缸稳态进气过程进行数值模拟,并搭建了进气系统台架稳流试验系统,对原进气系统进行台架试验研究,验证了仿真模型的准确性,详细分析了不同气道结构型式对柴油机进气流动特性和缸内流场特性的影响。结果表明,气阀升程的增大使得进气流量系数增大,其中双螺旋进气道的流量系数最小,原进气道的流量系数次之,双切向进气道的流量系数最大;随着气阀升程的增大,双切向进气道的涡流比呈减小的趋势,双螺旋进气道的涡流比呈增大的趋势,原进气道的涡流比呈减小的趋势;双螺旋进气道缸内周向气流运动强度最大,原进气道的缸内周向气流运动强度次之,双切向进气道的缸内周向气流运动强度最小。     

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。     

汽油缸内直喷式技术的研究与应用

介绍了缸内直喷式汽油机(GDI)的发展及相应特点。对进气道喷射和缸内直喷式燃烧系统进行了比较，讨论了直喷式汽油机在燃油经济性、瞬态响应和冷起动时HC排放方面的潜力。介绍了高压共轨燃油供应系统、旋流式雾化喷油器以及混合气分层等新技术在GDI发动机中的应用。详细论述了燃油喷射、油束雾化和蒸发、充质冷却、混合气制备的过程以及缸内气流运动和燃烧策略。     

四气门汽油机进气道气流运动的三维数值模拟研究

利用三维流体动力学软件对实际四气门汽油机进气道的气流运动进行了气道稳流试验台的三维数值模拟计算.计算结果显示出在气道稳流试验台条件下的三维空气流动的详细状况,并表明在发动机缸内可以形成明显的滚流.气道流动性能评价参数的计算与试验结果比较表明：数值模拟的精度较高,可为发动机气道设计开发提供理论依据.     

TBD620柴油机缸内工作过程仿真研究

利用PRO／E建立TBD620柴油机的进气道和燃烧室三维模型;并在FIRE软件中对进气、压缩和燃烧过程进行仿真计算。分析了TBD620柴油机双进气道可控涡流系统对缸内涡流、油气混合和燃烧排放特性的影响。结果表明,低负荷工况时关闭双进气道可控涡流系统的进气控制阀能显著改善缸内混合气的形成,提高柴油机燃烧及排放性能。     

基于多缸运动的气体机进气均匀性计算方法

针对常规废气再循环(exhaust gas recirculation, EGR)率均匀性计算方法不适用于各缸进气量分析的问题,基于CONVERGE软件建立了考虑气门和活塞运动的多缸计算方法,并分析了某国六天然气发动机的进气均匀性。结果表明：采用多缸方法得到的EGR率均匀性计算结果与采用常规方法得到的结果一致,并且多缸方法还能获得各缸的进气量和当量比及各缸的涡流比、滚流比和湍动能等表征缸内流动状态的参数,拓展了计算能力。基于仿真分析和台架试验的结果表明该款发动机的进气均匀性满足设计要求。     

在螺旋进气道内喷气的柴油机可变涡流进气系统

设计了一种在螺旋进气道内喷射空气的柴油机可变涡流进气系统——喷气式可变涡流进气系统。对该系统的稳流气道试验表明,喷嘴在特定位置上向气道内喷射空气,可以增强或者降低气缸内涡流强度。通过稳流气道试验,确定了最大程度改变缸内涡流强度的最佳喷嘴安装位置及空气喷射方向,选择了喷嘴尺寸及空气喷射压力,并测定了不同喷射压力下,气缸内涡流比与模拟发动机转速的关系。对该系统做了单缸柴油机试验,结果表明,喷气式可变涡流进气系统基本不影响充气系数,但通过该系统对气缸内涡流强度的调节,有效地改变了发动机的排放性能     

缸盖气道流量试验台设计

介绍缸盖气道流量试验台的结构、设计原理 ,以及设备试验的可靠性结果。     

进气道型式对四气门汽油机进气流动特性的影响

在稳流气道试验台上,研究了四气门汽油机整体式和分体式进气道进气流通特性及产生的缸内滚流特性,提出了进气不均匀度和进气终了滚流比不均匀度的概念．发现四气门汽油机各缸产生的最大滚流轴线与曲轴轴线夹角是不同的．整体式进气道流通系数和平均流通系数大于分体式进气道．分体式进气道进气终了滚流比大于整体式进气道,平均进气终了滚流比增加7％．分体式进气道进气不均匀度小于整体式进气道,而进气终了滚流比不均匀度则大于整体式进气道．     

CA6DL柴油机四气门缸盖进气道的开发

介绍了CA6DL柴油机四气门缸盖进气道的开发过程 ,对气缸盖中常采用的螺旋气道、切向气道的特点进行了分析 ,并对在四气门缸盖中这两种气道的组合形式及气门的布置对缸盖结构的影响进行了研究 ;文中也概括了CA6DL柴油机气道的开发流程 ,在进气道的开发过程中 ,运用了Pro/E三维造型技术 ,从而缩短了气缸盖的开发周期。最终该四气门进气道的开发满足了CA6DL柴油机性能开发的要求     

不同喷射方法柴油机进气甲醇预混过程的模拟

采用欧拉气相方程和拉格朗日液滴方程,考虑液滴破裂、蒸发、碰撞、聚合以及液滴的附壁、液膜剥离壁面和气门关闭挤出液膜等现象,建立了柴油机螺旋进气道-气门-气缸的进气喷射甲醇仿真模型.对柴油机进气喷射甲醇的醇气混合进行数值模拟,用于指导双燃料发动机的改造.双燃料发动机的台架试验表明,模型计算的缸内压力与试验值吻合较好.甲醇喷射时刻直接影响本次循环进入气缸的甲醇量,闭阀喷射有利于甲醇在进气过程的雾化混合.在选择甲醇喷射方向时,要以减小甲醇在低温壁面的附壁为原则.甲醇蒸气在气缸里的轴向质量分数分层比径向质量分数分层明显.     

进气道螺旋段结构参数对流动特性影响的研究

用CFD软件进行了柴油机螺旋进气道流动特性的三维数值模拟;利用气道稳流试验台验证了模拟计算的准确性,分析了螺旋段的结构参数对流场特性的影响。研究发现:由于螺旋气道结构的复杂性,螺旋段结构参数对气道性能的影响十分复杂,其中,影响较敏感的结构参数为过渡圆半径、蜗壳半径和气门凸台高度。     

螺旋进气道三维分块结构化贴体网格的生成

本文给出了复杂的螺旋气道结构网格生成的一种拓扑分块方案及实现过程，用求解椭圆型方程的方法生成各块内空间网格，再用Hilgenstock方法修正源项，最后利用分块粘接技术生成了螺旋进气管道三维分块结构化贴体网格。计算算例表明该网格拓扑分块方案以及生成方法可以对螺旋气道流场的流动进行较好的模拟。     

单气道柴油机气缸内近壁面流场与不同截面涡流比分析

构建单螺旋气道柴油机的气道-气门-气缸的计算机辅助设计(CAD)模型,开展油流法稳流试验及不同截面涡流比测量,并进行计算流体力学(CFD)模拟,利用试验结果验证CFD计算,分析缸内近壁面的流场及气缸不同截面涡流比的变化。结果显示:采用质量比为8∶8∶3的甲基硅油、油酸、铝粉的油剂配方所显示的缸内近壁面流场信息最为清晰完整;距进气口最近的气缸内近壁面形成气流高流速区,高流速区面积会随着气门开度的增大而增加,在高流速区域气缸壁面润滑油膜厚度减小,存在磨损加剧的风险。在进气过程中,随着气门开度逐渐增大,缸内的涡流比会逐级提升;随着涡流比测量面逐渐远离缸盖,各测量面的涡流比逐渐降低。