基于动态模态分解的缸内流场演变及动能分析

采用高速粒子图像测速技术(particle image velocimetry,PIV)测量了一台直喷式光学发动机的缸内流场,利用动态模态分解(dynamic mode decomposition,DMD)算法,提取了发动机从进气冲程早期到压缩冲程后期中出现的多尺度涡团结构,量化了涡团的比动能在整个冲程阶段的衰减程度。结果表明:从进气冲程早期开始,缸内流场主要由低阶DMD模态表现的大尺度流场结构和高阶DMD模态表现的小尺度涡团结构组成;DMD模态的比动能变化可清楚地反映从大尺度流场结构到小尺度涡团的能量级联和耗散过程。同时还发现,与压缩冲程相比,进气冲程期间的流场可形成更多小尺度的涡团结构,并表现出更快的能量衰减特征,且该阶段流场能量衰减现象对发动机转速更加敏感。     

FAI二冲程直喷汽油机缸内流场的多维数值模拟

利用AVL公司的三维计算流体力学（CFD）软件Fire对FAI（Free Armature州ection）直喷二冲程汽油机缸内流场进行了多维数值模拟。计算结果表明：喷油时刻对缸内混合气的形成有很大影响;低速低负荷工况,适当地推迟喷油时刻有利于分层充气;而大负荷工况则采用在不导致燃油短路损失的情况下,尽可能提前喷油,可以形成较浓的均质混合气。数值模拟结果与实际发动机性能试验结果相吻合。     

基于模态分析的非定常气膜冷却数值研究

为了研究非定常气膜冷却的强化冷却机理,利用大涡模拟对非定常圆孔气膜冷却进行数值模拟,研究了4种不同脉动频率下(St=0,0.2,0.3,0.5)的涡结构与气膜冷却效率,并利用动态模态分解对计算结果进行分析,研究流场与换热的耦合机理。结果表明：脉动频率对非定常射流气膜冷却效率的影响较大,当St=0.2时气膜冷却效率与稳态射流相似,当St=0.3时气膜冷却效率比稳态高,而当St=0.5时气膜冷却效率反而会降低;当St=0.3时非定常射流能抑制下游发卡涡的生成并加速其破碎,从而提高气膜冷却效率;射流脉动产生了很多次生涡结构,这些涡结构促进了在流向方向上射流与主流的掺混,但是抑制了展向上的射流与主流掺混。     

涡轮增压直喷汽油机缸内流场、混合气形成和燃烧数值模拟及试验

建立了发动机3D模型,在发动机进气道上采用了一个滚流控制阀片,以控制发动机气流运动。通过计算流体力学(CFD)软件计算缸内流场随曲轴转角的演变和发展过程,评估了缸内的滚流运动和湍动能。模拟了在当量空燃比条件下缸内混合气的浓度场分布,分析了缸内燃烧过程。研究结果表明:采用滚流控制阀在2 000r/min、0.2MPa和1 750r/min全负荷工况下能够有效提升缸内滚流比,并且在压缩行程末期增强了湍动能,有助于提升燃烧速率,改善燃烧。通过设计特殊形式的活塞顶面,对喷雾进行引导,避免了燃油喷雾直接碰撞在缸壁。燃烧模拟的缸内压力曲线与实际发动机台架测试的结果吻合性较好。     

基于大涡模拟方法的二冲程发动机缸内冷态流场的模拟研究

应用大涡模拟方法对一台二冲程发动机缸内冷态湍流流场进行了三维瞬态数值分析。探索缸内流场的速度、压力及温度的变动情况,并与PIV流场测试结果进行了对比。三维模拟的缸压曲线与试验及一维模拟均吻合较好,但在速度概率密度函数方面与试验存在一定差异。模拟结果表明:本文建立的三维模型能够自然再现缸内冷态流动的随机大尺度涡流情况,模型可靠有效。模拟能够较好地反应火花塞位置附近速度随机波动情况,其结果对于后续研究缸内大尺度涡流对燃烧循环变动的影响机理具有一定的指导意义。     

基于大涡模拟方法的二冲程发动机缸内冷态流场湍流积分尺度模拟研究

应用大涡模拟方法对一台二冲程发动机缸内冷态湍流流场进行了三维瞬态数值分析,并与PIV测试结果进行了对比。结果表明:本文建立的三维模型能够自然再现缸内冷态流动的随机大尺度涡流情况,具有较高的可靠性。通过分析不同截面各瞬态的湍流空间平均积分尺度的模拟研究结果,认为同一时刻,横向截面距离气缸顶部越近,其涡流平均尺度越大,且x方向积分尺度分量明显大于y方向积分尺度分量;而对于不同时刻的横向和纵向截面,前者平均积分尺度随活塞上行而减小,后者变化不明显。     

四气门汽油机缸内流场的仿真分析与研究

运用计算流体动力学理论(CFD)和气道稳流实验方法对一款四气门汽油机的进气道性能进行了仿真分析和实验。对比不同升程下的仿真流量系数与试验流量系数具有较好的一致性,结果表明进气道进气效率较好,流量系数高。分析不同气门升程下的了缸内流场特性,经过优化设计的进气道能在缸内形成大尺度均匀滚流,有助于提高发动机性能。     

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。     

动态模态分解方法在缸内湍流场研究中的应用

内燃机缸内湍流场在内燃机的工作过程中扮演着极为重要的角色,对该特殊流场的分析除了需要精确的记录还需要科学的数学分析方法.该研究作为一种尝试,应用动态模态分解方法(DMD)对内燃机缸内流场采用粒子图像测速(PIV)测量数据库进行加工,研究缸内流场在不同频率下的流动特性,包括不同频率下涡团结构形态及其空间分布、能量/强度的分布及其耗散情况,从而有利于丰富人们对内燃机缸内湍流场特性的认识.     

四气门汽油机进气与压缩过程缸内流场的大涡模拟

通过修改发动机多维CFD计算程序KIVA-3V,建立了内燃机缸内冷态流场的大涡模拟(LES)计算模型.利用此模型对4气门汽油机进气与压缩过程中缸内流场进行了详细分析,并与k-ε模型进行了比较.研究结果表明:与采用k-ε模型计算时相比,采用LES计算时显示了更为复杂的湍流结构;采用LES计算时除了能够得到有序的大尺度涡团结构外,还能捕捉到大量不规则的小涡团结构,而采用k-ε模型计算时基本上捕捉不到不规则的小涡团结构.     

基于动态模式分解的离心压缩机动态流场分析

动静流道相互作用引起的非定常流动是离心式压缩机内流的主要特征,借助模态分解方法可以有效提取出该流场中相干结构,进而可以说明该动静干涉流场的主要特征。本文将动态模式分解(Dynamic Mode Decomposition,DMD)方法应用于带无叶扩压器通道的离心式压缩机流场分析中,通过对动静干涉速度场和压力场的模态提取和分析,直观揭示出动静流道中的流体运动特征。在设计流量工况下,叶轮出口叶顶间隙的流体流动和动静流道干涉效应影响了叶轮出口的速度参数和压力参数的分布。在叶轮和扩压器流道中分别出现了频率1 715和725Hz的湍流相干结构,两频率和叶轮通过频率有关。动静干涉流道中压力沿叶高方向动态规律相似,而速度场沿叶高方向波动规律存在一定的差异。该特征可以为压缩机流场测试提供参考。     

不同型面锥形扩压器的流场分析

采用大涡模拟方法对面积比为5.3的不同型面锥形扩压器进行数值计算,包括直线、等压力梯度、等速度梯度和相切双圆弧4种型面,在进口流量均为30 m/s的条件下对比不同型面锥形扩压器的总体性能、流动特性和涡量分布。结果表明:等压力梯度和等速度梯度型面的扩压器总体性能更好,静压恢复系数分别为0.771 3和0.782 6,与基准直线型面相比分别提高了22%和23.83%;等压力梯度和等速度梯度型面的扩压器流动初始分离点相对延后,分离点与扩压器的轴向距离之比分别为0.5和0.43,直线和相切双圆弧型面的该值分别为0.18和0.21;等压力梯度和等速度梯度型面的扩压器内部涡对扩压器的堵塞较小,涡占扩压器径向截面比例分别为50%和45%,直线和相切双圆弧型面涡占比均大于95%。     

移动平均和经验模态分解法在大坝位移分离中的应用

经验模态分解方法由于缺少数据预处理,分解结果具有冗余性、与自变量数量不能对应、模函数无法进行物理解释等问题,因此在经验模态分解前增加移动平均数据预处理过程,以减少原始数据量,保留趋势过程,并以某双曲拱坝位移分离为例,对比了经过数据预处理与未经数据预处理的经验模态分解结果。结果表明,预处理后位移序列趋势性不变,但数据量和分解模函数数量均有所减少;为了使分解得到的模函数与水位和温度的物理解释相吻合,选择合适的移动平均参数M,使模函数数量为2,避免了分解的冗余性。     

基于大涡模拟的发动机缸内湍流流动及拟序结构

应用大涡模拟方法对发动机缸内湍流流场进行了三维瞬态数值分析.主要从湍流脉动、湍动能和缸内拟序结构演变等方面考察了发动机缸内流场特性.计算结果表明:相比雷诺平均模型,大涡模拟方法可以更真实地反映发动机循环过程中缸内气体流动的细节和规律.利用大涡模拟结合Q准则判别法可以较好地识别缸内大尺度湍流拟序结构;拟序结构对于缸内大尺度动能的产生及湍流的维持具有关键的作用.RANS类模型则不具备充分捕获大尺度拟序结构的能力.湍流脉动与活塞平均运行速度接近于成正比.     

缸内直喷CNG发动机喷射方向对燃烧过程影响模拟研究

燃烧过程是决定发动机性能的关键因素之一,应用CFD软件分析研究天然气喷射方向对一台缸内直喷CNG发动机燃烧过程及排放的影响。结果表明,不同的喷射方向决定了混合气在气缸内的浓度分布。在所模拟工况下,存在一个最佳的喷射方向,此时平均指示压力高,发动机的性能较好。     

模态分析及其在内燃机零部件结构设计中的初步应用

本文简要介绍试验模态分析的基本原理、方法及测试系统，并对模态试验的测试方法进行了一些探讨。通过对山东１９５型柴油机齿轮室盖及某１１１０型柴油机机体的试验模态分析，为其结构动态特性的改进提供了有效的依据。     

4气门DISI汽油机缸内湍流场POD分析

应用本征正交分解(POD)方法对一台4气门直喷式汽油机(DISI)缸内冷态湍流流场试验测量数据以及大涡模拟计算数据进行了分析,以深入考察该汽油机缸内湍流场拟序结构特性以及湍流场循环变动特性.结果表明,POD方法可以将流场湍流涡团结构按照含能数量进行分解,大尺度拟序结构和小尺度随机脉动涡团可以被有效分离,为研究其各自的形成与演化特征创造了条件.考察各模态的时间系数在不同周期间的统计变化规律,可以了解流场湍流结构的循环变动特性.相比较使用传统相平均方法来研究汽油机循环变动,POD方法可以单独研究不同能量涡团结构的循环变动特点,为进一步深入理解循环变动特性奠定基础.     

缸内燃烧过程模拟在GDI发动机设计中的应用

利用AVL-Fire软件对开发中的某GDI发动机缸内的流动、喷雾、点火燃烧等过程进行了模拟分析。对缸内滚流、雾化效果等进行了评估,并就气道设计,喷油器选择以及正时调整等方面给出了工程优化建议。     

激光技术在内燃机缸内流动实验研究中的应用

内燃机缸内流场实验是研究内燃机缸内流动规律最直接有效的方法,先进的激光技术以其特有的优点为内燃机测试和缸内流场实验研究提供了新的手段。本文介绍了激光在内燃机缸内流场实验研究中的应用和最新地 ,以及作者应用ＰＩＶ技术进行汽油机缸内流场测试的尝试。     

基于自适应变分模态分解的滚动轴承故障特征提取方法研究

针对滚动轴承微弱故障特征易被噪声和强故障成分淹没导致漏诊或误诊问题,基于互信息与信息熵构建多目标适应度函数,形成面向故障诊断的自适应变分模态分解算法(Diagnosis Oriented Adaptive Variational Mode Decomposition, DOA-VMD),有效提取信息以传达故障特征且不产生异常模态干扰;并采用NSGA-II算法对多目标适应度函数搜寻最优Pareto解集;然后考虑峭度是反应冲突的有效指标,以最大峭度值为目标,筛选解集中最优结果实现DOA-VMD参数的确定和特征提取;基于齿轮箱轴承内圈损伤数据验证提出方法的可靠性。结果表明：DOA-VMD可剔除含噪分量并保留具有最显著冲击信号的特征,且该特征较传统VMD方法更能凸显故障特征频率。