二冲程汽油机扫气过程多维数值模拟及扫气系统优化设计

本文采用多维数值模拟方法对二冲程发动机的扫气过程进行优化。对原型机(小型HS-510航空发动机)的扫气过程数值模拟发现：在缸内存在环流和涡流。环流在贴近气缸附近较强，可以将废气排出气缸；而在气缸中部较弱，难以将废气彻底排出。涡流的存在则降低了发动机的扫气效率。原型机的扫气过程同理想的扫气过程相比有相当大的差距。在原型机扫气过程数值模拟的基础上，改进扫气系统设计，将扫气口由原来的两个增加到五个。对改型机数值模拟发现缸内没有形成涡流。计算和试验结果表明发动机的扫气效率得到了提高，且发动机的功率提高11％。     

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。     

小型二冲程发动机电控汽油喷射分层扫气系统的研究

为减少小型二冲程发动机扫气短路损失,降低发动机的油耗和排放,研究开发了二冲程发动机电控汽油喷射分层扫气系统,并阐述了该系统的工作原理,通过对５０ｍＬ发动机原机,进气管电控喷射和电控汽油喷射分层扫气系统３种方案的对比试验,讨论了不同负荷时分层扫气系统对发动机性能的影响,表明电控汽油喷射分层扫气系统能够低发动机油耗２５％－４０％,ＨＣ排放４０％以上,但ＣＯ排放有明显上升。     

分层扫气二冲程汽油机换气过程的数值模拟

本文对分层扫气二冲程汽油机的换气过程，储气道内压力波及稳定工况下化油器主、怠速系的供油特性进行了数值模拟，阐明了分层扫气汽油机给气比、空燃比和纯空气百分比的变化规律，并通过试验验证了模拟计算的正确性。     

分层扫气二冲程汽油机换气过程的数值模拟

本文对分层扫气二冲程汽油机的换气过程，储气道内压力波及稳定工况下化油器主、怠速系的供油特性进行了数值模拟，阐明了分层扫气汽油机给气比、空燃比和纯空气百分比的变化规律，并通过试验验证了模拟计处计算的正确性。     

二冲程发动机扫气过程试验方法的研究

在Ａ．Ｊａｎｔｅｆ二冲程发动机扫气性能评价方法－－“扫气图”方法的基础同种准稳定流动模型试验的新方法，用“时均流量”评价扫气性能的品质。经过在１５Ａ型和５０Ａ型摩托车发动机上的实机试验，证明了这是一种较好的测试和评价方法。     

二冲程柴油机设计参数对扫气过程的影响

利用多维数值模拟方法,对二冲程柴油机倒拖情况下的进、排气过程进行模拟,研究转速变化、进气口仰角变化对扫气过程的影响。     

直喷增压汽油机扫气功能作用机理及应用研究

阐述了增压直喷(TGDI)汽油机中扫气现象发生的必要条件和发动机基本配置对扫气的影响,讨论了低速全负荷工况下的扫气原理,分析了扫气功能对发动机性能的影响。针对提高废气涡轮增压器快速响应性的问题,提出了扫气模式下发动机控制策略的基本构想。     

二冲程汽油机双进气口分层扫气的研究

叙述了在一台80mL摩托车用二冲程汽油机上采用双进气口分层扫气方式的试验结果,其1/4节气门开度时的最低燃油消耗可降低24.8%。但也存在稳定运转区域变小的问题,通过模拟计算,分析了影响这种扫气方式的关键因素是储气道压力波影响和2个节气门开度的协调性。     

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。     

GDI发动机喷雾特性的数值模拟和试验

汽油直喷发动机高压燃油喷射系统与燃油经济性和废气排放等密切相关,通过试验和数值模拟对高压喷油系统和旋流喷油器的喷雾特性进行了研究.在不同喷射压力、背压压力条件下,利用高速摄像机对喷入定体积容器的喷雾进行了喷雾贯穿距离和喷雾锥角参数的测量.结果表明:在低背压压力下,喷雾呈现出空锥、较大范围的分布形态,有利于实现燃油与空气的均质混合;在高背压条件下,喷雾呈现出紧凑密集的分布形态,有利于实现燃油与空气的分层混合.获得的贯穿距离经验公式与试验测量值在一定范围内是一致的.基于AVL HYDSIM环境建立了一维高压喷油系统模型,模拟得到的针阀升程与试验获得的图像在时间上具有一致性.     

可变扫气口对低速机性能优化作用的仿真研究

为了进一步提高低速机热效率,基于一台500 m m缸径的低速机的热力学仿真模型,研究了可变扫气口技术提升低速机热效率的潜力.计算了对称可变扫气口结构和非对称可变扫气口结构在不同发动机负荷、不同扫气口高度下的有效燃油消耗率、排气流量、排气温度等参数.在保证同样的NOx排放水平下,可变扫气口技术能有效提升低速机热效率,油耗...     

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。     

小型二冲程汽油机气口主要参数的改进计算

本文以某型号二冲程汽油机为研究对象,对其气口主要结构参数进行分析,通过计算气口比时间截面值对气口参数进行改进,同时利用AVL BOOST软件对改进前后汽油机在标定工况下的整机性能进行模拟计算,得到合理的改进方案和气口参数值,为有效解决二冲程汽油机的固有缺点提供了一种简单且合理的研究过程和手段。     

网格分辨率与射流分裂雾化模型对柴油喷雾影响的仿真研究

基于数值模拟方法,研究了网格分辨率、时间步长和不同的射流分裂雾化模型对柴油喷雾的影响。研究表明：网格的尺寸对柴油喷雾贯穿距离和SMD的影响较为显著;当径向网格为喷孔直径的3倍时,其贯穿距离的变化趋势与实验数值基本接近,能较好地预测试验结果,径向网格越密,油束的贯穿距离越大,SMD也越大;随着轴向网格尺寸的变大,贯穿距离增大,SMD减小;随着时间步长的变化,贯穿距离不呈规律性的变化趋势,仿真计算的贯穿距离不断逼近于实验值;对于不同的射流分裂雾化模型,KH—RT模型考虑了液滴的二次雾化,因此其雾化液滴最小,贯穿距离也相对较小,SMD的数值也较小。     

一种改进的直喷汽油机涡旋喷油器油束模型

根据燃油薄膜模型和表面波破碎理论，在KIVA3程序的基础上建立了适合于计算缸内直喷汽油机高压涡旋喷油器油束特性的模型。对原模型进行了改进和简化，并加入了初始喷雾的计算模块。采用该模型可以计算出油束特性的主要参数，包括主喷雾和初始喷雾的贯穿度、油束索特平均直径(SMD)等，并应用此模型计算了高压涡旋喷油器在两种不同工况下的油束外形结构和油束特性参数。模拟计算结果表明，经过改进的油束模型可以准确地计算出燃油薄膜参数(包括薄膜厚度和速度)；通过引入初始喷雾，使喷雾外形和索特平均直径的模拟计算结果与试验结果更加吻合。     

直喷汽油机中空锥形燃油喷雾的雾化和蒸发模型

高压旋流中空燃油喷雾日益广泛地应用于缸内直喷(GDI)汽油机中，为此发展了一种适合于模拟这种燃油喷雾雾化过程的薄膜喷雾模型．燃油薄膜的破碎过程采用表面波破碎理论来模拟．对Spalding蒸发模型和油滴阻力模型进行了改进，用来计算油滴的蒸发和阻力变形过程，同时引入初始喷雾液团的计算模块．在多维内燃机计算程序KIVA3的基础上建立了改进的数值计算模型，并对不同喷射条件下的定容压力容器中空旋流燃油喷雾过程进行了数值计算，对计算和实验所得的喷雾特性包括油束外形结构，油束喷雾贯穿度和油滴粒径进行了详细的比较，同时对单液滴的蒸发过程也进行了数值计算，油束模型的计算结果与实验结果吻合良好。     

重载低压缩比发动机二冲程制动性能模拟研究

采用数值模拟的方法研究了不同制动模式、压缩比、海拔高度等对制动性能的影响。结果表明:压缩比的降低和海拔高度的增加均导致发动机制动功率大幅度降低。提高压缩比和采用二冲程制动模式是提高低压缩比发动机制动功率的有效措施。压缩比为11.6时,与四冲程制动模式相比,二冲程制动模式产生的制动功率可提升69.6%~80.5%,最大缸压低于6.0 MPa的限值,并且其可运行转速范围不受涡轮增压器危险区的限制。当前应用领域中,高压缩比(17.0)发动机上采用四冲程制动模式获得的制动功率最高。由于短期内难以提高低压缩比发动机的压缩比,仅通过在低压缩比(11.6)发动机上采用二冲程制动模式仍可将制动功率提高17.5%~30.4%,最大缸压降低25.2%~29.3%。故在应用天然气机等低压缩比发动机的中重型载货汽车上推荐采用二冲程制动模式,这将大幅度提高车辆制动安全性。