船用二冲程柴油机扫气过程流场仿真研究

利用三维计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）仿真软件,用数值模拟的方法研究了某型二冲程船用柴油机在不同扫气口仰角与径向倾角下的扫气过程,得到了扫气过程中各时刻气缸内气体的速度矢量图与废气浓度分布图,分析了不同扫气口径向倾角与仰角对扫气过程效果的影响。结果表明：扫气口径向倾角增大时,涡流比增大,气缸中心处废气清扫效果变差,而缸壁附近处废气清扫效果变好;径向倾角较小时情况则与之相反。扫气口仰角增大时,涡流比基本不变,吹扫活塞凹坑处废气效果变差,但整体扫气效率升高。     

对置二冲程柴油机扫气口参数对扫气过程的影响

通过分析扫气口高度、圆周利用率、气口径向倾角等参数对对置二冲程柴油机扫气过程的影响,建立了基于GT-Power的一维仿真模型,研究分析了扫气口高度、圆周利用率变化对发动机扫气过程的影响;同时建立基于AVL-FIRE的对置二冲程柴油机扫气过程CFD仿真模型,研究了气口径向倾角变化对发动机扫气过程的影响。研究结果表明:扫气过程中,扫气流量主要受扫气口开启面积大小的影响,并随着扫气口开启面积的增大而增大;适当的扫气口倾角能促进扫气过程中的新鲜充量和废气的分层,但是扫气倾角太大容易导致气缸中心空气密度低,残余废气易聚集难以排出气缸;当扫气倾角为20°时扫气效率最大。     

对置式液压自由活塞发动机扫气过程的仿真

根据所开发的对置式液压自由活塞发动机样机的基本参数,基于AVL FIRE平台建立了缸内流场的三维仿真模型.分析了扫气口几何参数、活塞下止点停留时间对扫气过程的影响,探讨了利用扫气口几何参数实现缸内混合气分层的方法.结果表明:扫气口径向夹角为5°时,扫气效率和扫气捕获率都达到最大值;随着活塞下止点停留时间的加长,扫气效率呈现先提高再稳定的过程,扫气捕获率则随停留时间的加长而单调下降;采用较大的扫气口径向夹角,可以在压缩上止点附近,实现缸内轴心处废气浓度高、外围废气浓度低的分层分布.     

直流扫气柴油机扫气流场分析

利用三维流体动力学(CFD)仿真软件FIRE,建立了二冲程柴油机气缸直流扫气三维模型,采用数值模拟的方法,研究了扫气口设计参数对换气过程的影响,对不同的气口设计方案下的气缸内残余废气浓度随曲轴转角的变化过程作了细致的描述,并对扫气口径向倾斜角的变化对换气过程的影响做了更进一步的探讨.     

气阀式二冲程柴油机扫气过程仿真

针对气阀式二冲程柴油机扫气过程优化问题,在侧向直气道结构基础上设计了一种顶端入口切向进气道结构,该结构在接近入口区域设计为切向气道,同时在进气道出口处设计一种导气屏结构.该进气道结构可强制新鲜充量沿气缸壁面进入缸内,产生一定强度的逆滚流.通过对3 000 r/min全负荷工况下的二冲程扫气过程进行三维模拟计算,重点研究进气道结构对扫气过程中气流运动、残余废气分布及扫气特性的影响.结果表明:与侧向直气道结构相比,逆滚流气道结构下扫气路线得到优化,进气短路现象得到一定程度的改善,扫气效率提高了10.8%,新鲜充量捕获率提高了9.3%.     

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。     

二冲程发动机扫排气道—缸内系统三维瞬态数值模拟研究

对倒拖工况下的K100二冲程摩托车汽油机扫排气道－缸内系统流场进行了三维瞬态数值模拟研究。通过计算发现,整个扫气阶段的缸内流场是 由三维回流组成的。扫排气道－缸内系统流场是扫气气流以射流形式从周向与缸内气体混合并同时以类似类似环抱的形式将废气向排气口推挤,前类似于“完全混合”,后类似于“完全置换”。计算结果表明,数值模拟方法是分析复杂区域流场的有效方法。     

直流扫气二冲程内燃机的扫气流动数值模拟和性能预测

本文采用粘性流体动力学问题的ICE-ALE数值计算方法,对气门-气口式直流扫气二冲程内燃机的扫气过程作不定常多维流动数值模拟。按照设定的进出口流边界几何条件和物理条件,对内燃机缸内气体流动和残余废气浓度分布随时间的变化过程作细致的描述,并预测换气综合性能指标。文中给出流动的基本方程组,讨论初边条件。给出的计算结果及其与实验值的对比表明两者符合较好。计算提供了常规扫气模型试验往往难以测定的详尽资料,可以用来对不同气口几何设计方案作性能预测和结构选优,以及用来设定气门升程曲线和配气正时。     

二冲程船用柴油机稳态扫气流动特性

设计了一台船用柴油机稳态扫气光学试验装置,用以研究低速二冲程船用柴油机的扫气过程.利用立体粒子图像测速技术对不同参数下的缸内扫气流场进行了研究.结果表明:随着扫气口径向切角的增大,平均涡心位置与气缸轴线的偏离增大,涡流强度有所增强,气流的轴向速度呈现先增大后减小的趋势;随着扫气口开度的减小,涡心附近的轴向速度先有所增大,当扫气口开度降低到25%时,轴向速度大幅度减小,并出现回流现象.为通过流场评估扫气性能,提出了"扫气非均匀性系数".试验发现在扫气口径向切角为15°及20°时扫气性能较好,此外,扫气口开度对扫气性能的影响仅体现在扫气口开度较小时,此时在扫气口附近的轴向速度均匀性差,影响扫气性能.     

四气门天然气发动机缸内瞬态流场数值模拟

采用K-ε双方程模型对四气门天然气发动机进气道及缸内的瞬态流场进行数值模拟，模拟了发动机进气、压缩及燃烧过程。结果表明：四气门发动机缸内涡流由外向内形成；缸内平均湍动能强度在进气冲程中总体呈先增大后减小的趋势，压缩冲程中耗散作用使湍动能降低，但挤流作用使气缸中部的湍动能升高；进气过程中存在流动分层，为改善小负荷时发动机性能，天然气应尽可能在进气冲程中、后期进入气缸；缸内涡流中心的位置和气流速度梯度对火焰径向传播的均匀性有很大影响。     

发动机换气系统三维瞬态数值模拟应用研究

通过对 K10 0二冲程汽油机倒拖工况下扫排气道 -缸内系统流场的三维瞬态数值模拟 ,发现整个扫气阶段的缸内流场是由三维回流组成的。主扫气口径向平面的切向倾斜角偏小 ,径向汇聚角偏大 ,产生了明显的短路损失 ,并在缸盖顶局部产生了反向流动形成的“死角”。为此 ,调整了主扫气口的扫气角 ,其它参数均不改变。计算结果表明 :缸内分层扫气十分清晰 ,短路损失及死角明显减少 ,反向流动被消除。但缸内回流 -环涡的流动结构基本不变     

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。     

汽油机气缸中滚动气流运动对发动机性能的影响

本文通过调整导气屏气阀位置产生大范围变化的缸内气流运动形式，用传统的稳流试验台和作者最近研制的测缸内滚流运动的稳流试验台对各种气流运动形式进行稳流试验，用二维激光多普勒测速仪在反拖的发动机缸内紊流运动的发展变化并用着火发动机的性能实验结果来分析各种气流形式的涡流、滚流和紊流特性。试验结果表明，在气缸中产生较强的横轴涡流即滚动或接近滚动气流运动时，燃烧室内的紊流强度可获得较大的提高，性能也有明显的改     

WD615系列柴油机气道的改进

介绍了WD615系列柴油机进排气道的改进目的和改进方案。进气道减小了螺旋角度并对气阀座进行了重新设计,排气道采用了与排气管相匹配的近似圆形截面并进行了光滑过渡。试验结果表明：改进设计后,进气涡流比由原来的2．43下降到1．80,进排气道的流量系数分别提高了24．7％和50％。整机试验证明改进后发动机获得了较理想的综合性能和排放水平。     

气道稳流试验的变压差试验方法研究

提出了用于测量发动机气道流动特性的气道变压差试验方法。与目前采用的气道稳流试验方法不同，在试验过程中，采集对应于各气阀升程下的流量和涡流角动量时，不需要保持气缸内恒压差条件，变压差试验只需要确定气阀最大升程时模拟气缸内与环境大气压的初始压差，在变压差条件下进行试验，同样可以得到Ricardo和FEV试验计算方法的平均流量系数和涡流比。变压差试验方法的测量精度与定压差的精度相同，试验操作程序简单可靠，易于实现气道稳流试验的全自动化，对于企业生产线上的批量缸盖检测可以大幅度提高工作效率。     

基于发动机三维流动模拟与一维动力性能模拟的气道参数化设计研究

模拟了CG150型发动机进气道-气缸-排气道的三维流动特性,分析得到其进、排气道的流量系数和缸内涡流比;并进一步将三维模拟的结果作为一维模拟的输入参数,通过模拟一维发动机的整机工作循环,得到发动机的外特性曲线,与试验台中得到的外特性结果进行对比,验证了数值试验平台的可靠性;最后,利用参数化设计方法改进发动机的气道参数,并利用上述数值试验平台,验证改进后的方案,提高了气道的流通能力。本文提出的参数化设计方法可以指导一般气道设计。     

基于数值模拟的排气歧管优化策略

在台架试验的基础上,采用一维发动机工作过程计算和三维CFD模拟技术研究了4缸柴油发动机各缸排气温度差异的影响因素.模拟结果表明:台架试验测量的各缸排温差异是受各缸工作过程、测量点位置和排气歧管结构的综合影响,其中排气歧管结构是主要的影响因素.排温测量点位置越接近排气门,越能反映缸内的热负荷状况.基于数值模拟结果,优化了原发动机排气歧管,并提出了排气歧管优化策略.     

柴油机进气和压缩过程中气缸内流动的研究

建立了进气模型和压缩过程三区模型，以研究直喷式柴油机气位内涡流和挤流强度的分布规律。研究结果将用作喷雾分布和燃烧过程计算的重要参数。利用稳流试验数据，首先计算进气过程的瞬时进气涡流和气位内瞬时平均涡流等参数，进而揭示压缩过程中气位内不同区域的涡流衰减和挤流强度，并可预测这些参数随燃烧室主要结构参数和运转工况变化的规律。模型物理概念清晰，运算方便，计算结果得到了试验和有关文献的证实。