气道和燃烧室形状对汽油机缸内流场影响的计算研究

为探究气道及燃烧室形状对汽油机缸内流场的影响,以某1.4L多点进气道喷射(MPI)汽油机为研究对象,利用AVL-FIRE软件对原机进气道形状进行稳态数值模拟计算,并对原汽油机在2 800r/min最低比油耗工况点进气及燃烧过程进行瞬态数值模拟计算。基于计算结果对进气道及燃烧室形状进行优化设计,提出4种计算方案,对优化前后各计算方案的缸内速度场、湍动能场、火焰前锋面密度和瞬时放热率进行对比分析。结果显示:改进气道的滚流比明显高于原机气道;结合改进气道,进气侧凸起活塞能够更好地维持滚流;在点火时刻,改进气道结合进气侧凸起活塞这一计算方案的缸内湍流分布及湍动能优于改进气道结合大曲率凹坑活塞、原机气道结合原机活塞(压缩比12)与原机计算方案,点火后火焰传播速度最大,燃烧速度最快。优化进气道及燃烧室形状能够加强缸内气流运动,提高点火时刻缸内湍流强度,加速火焰传播,改善燃烧过程。     

燃烧室开口形式对475柴油机性能影响研究

柴油机燃烧室不同形状对气流运动、燃烧过程以及排放具有较大影响.针对475柴油机,运用AVL-FIRE软件对3种不同开口(缩口型,直口型以及开口型)形式的ω型燃烧室建立燃烧仿真模型并进行了仿真分析.对3种形状燃烧室的平均压力、平均温度、平均湍流动能、放热率、累计放热量、平均碳烟质量分数、平均NOx质量分数等参数进行对比分析.结果表明,缩口型燃烧室能够形成较大的湍流运动,使得燃烧迅速,碳烟排放量减小,NOx的排放相比原直口型燃烧室增加量不超过10％.本研究可以为475柴油机燃烧室的设计提供理论参考.     

燃烧室形状对柴油机燃烧和排放影响的数值研究

对相同压缩比的3种燃烧室进行了三维数值计算,分析了燃烧室形状对柴油机燃烧过程、NOx和soot在缸内的分布区域形成的原因,进一步用Φ-T图研究了3种燃烧室在不同时刻对NOx和soot的影响。结果显示:敞口燃烧室更有利于混合气的形成和燃烧,NOx和soot排放低于直口和缩口燃烧室。     

CA6DL1—30柴油机燃烧室改进的模拟与实验研究

为研究燃烧室形状对柴油机燃烧和排放性能的影响,应用大型通用CFD软件STAR—CD程序对3种不同形状的燃烧室内燃烧过程进行了多维数值模拟计算,研究了不同的燃烧室形状对缸内气流运动以及缸内燃烧温度和排放的影响,并通过实验验证了计算模型的正确性。     

燃烧系统结构对中载汽油机爆震边界内燃烧的影响

针对中载汽油机,设计开发了4种进气道和燃烧室的匹配方案,通过数值模拟的方法研究了不同燃烧系统结构对缸内宏观流场、湍流场及爆震边界内燃烧的影响。结果表明:进气道和燃烧室结构对缸内宏观流场及湍流场演化有显著影响。初期火焰传播速度主要由火花塞周围气流的平均速度决定,而主燃烧阶段的燃烧速度与该区域的湍动能大小成正比。双切向进气道匹配中置倒楔形燃烧室能够同时提高湍流强度及气流速度,从而有效缩短滞燃期及燃烧持续期,但其爆震倾向严重。采用复合进气道匹配中置倒楔形燃烧室的方案可显著抑制爆震,提前点火时刻,燃烧速度较快,可明显降低燃烧损失,提升中载汽油机的性能。     

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。     

汽油机进气道及燃烧室结构优化与性能研究

通过优化进气道和燃烧室结构来提升某缩缸后排量0.375L的单缸汽油机的性能,达到小型强化的目的。利用CONVERGE软件对发动机进行不同气门升程下气道稳态数值模拟和3 000r/min满负荷工况下的瞬态燃烧过程模拟。分别提出4种进气道优化方案和3种燃烧室优化方案。综合考虑流量系数和滚流比,选取优化进气道方案A。采用方案A进气道,平均流量系数提升22.26%,平均滚流比提升14.41%。在选用进气道方案A的前提下,综合分析不同燃烧室方案下流场分布、混合气分布、温度分布、缸内压力和燃烧相关参数,最终确定燃烧室优化方案2的缸内流场分布、湍动能和混合气分布情况能增加火焰传播速度,缩短急燃期,指示功率较缩缸后原方案提升14.1%,动力性能达到缩缸前0.400L排量发动机的水平。     

燃烧室形状对柴油机性能影响的研究

为研究混合气的形成状况和燃烧质量，探索燃烧室形状对柴油机性能的影响，本文应用STAR—CD程序对不同几何形状的燃烧室内的燃油雾化、燃烧进行三雏数值模拟。计算结果表明，燃烧室的形状对燃烧过程有着重要影响。缩口燃烧室具有较大的挤流强度，较长的涡流持续期，较合理的涡流分布，更有利于混合气的形成，可以进一步加速扩散燃烧，产生较高的缸内压力和温度，具有最好的燃烧性能。直口燃烧室燃烧性能相对较差，敞口燃烧室的最差。但是缩口燃烧室的热应力较大，残余废气不易排除，实现增压比较困难。     

燃烧室形状对天然气发动机燃烧过程影响的研究

在对天然气发动机燃烧室进行优化的过程中,在一定压缩比下,开发设计了3种不同形状的燃烧室.应用CFD对不同形状燃烧室的缸内气体流动及燃烧过程进行了数值模拟,并在台架上进行了试验验证.模拟得出了缸内气体湍动能分布、温度场分布及燃烧持续期.针对不同形状燃烧室的缸内气体湍动能与温度场进行了详细分析后得出:增大挤气面积,则挤流强度增大,提高了缸内气体的流动速率,有利于提高火焰传播速度,改善天然气燃烧速度慢的特点;但挤气面积过大时,缸内燃烧速度过快,温度峰值增大,使NOx排放增加.最终将模拟结果与试验结果进行对比,综合考虑动力性经济性与排放性能,选取了最优形状燃烧室.     

燃烧室几何形状对缸内气体流动和发动机性能的影响

本文通过对采用不同燃烧室时缸内流场的计算和分析，研究了燃烧室收口、底部凸台及燃烧室偏心对缸内流场的影响，并通过发动机试验，研究燃烧室几何形状对性能的影响。     

高滚流Atkinson循环燃烧系统研究

为进一步提高发动机热效率,提出高滚流Atkinson循环燃烧系统概念。其特征是采用高滚流气道和活塞组合,配合Atkinson循环和废气再循环(EGR)技术,提高缸内的滚流和湍流水平,加快燃烧速度,同时降低汽油机爆震倾向。利用GT-Power和AVL FIRE软件针对某型汽油机进行了一维整机工作过程和三维计算流体动力学(CFD)模拟分析。结果表明:高滚流气道有利于促进缸内滚流运动,滚流比由原机的0.5提高到2.6;配合高滚流活塞后,使进气过程中产生的缸内初始滚流和压缩过程中的滚流维持作用都比原机有所增强,湍动能水平提升6.3%,瞬时放热率与原机相比平均提高15%;在此基础上,采用进气门晚关的方式实现Atkinson循环,并增加EGR系统,降低高压缩比带来的爆震倾向,比油耗在整个万有特性中均呈下降趋势,最低比油耗区明显变大,最低比油耗相比原机下降11.3g/(kW·h)。     

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     

The effects of tumble and swirl flows on flame propagation in a four-valve S.I. engine

The effects of in-cylinder flow patterns, such as tumble and swirl flows, on combustion were experimentally investigated in a 4-valve S.I. engine. Tumble flows were generated by intake ports with entry angles of 25°, 20° and 15°. Inclined tumble (swirl) flows were induced by two different swirl control valves. The initial flame propagation was visualized by an ICCD camera, the images of which were analyzed to compare the enflamed area and the displacement of initial flames. The combustion duration was also calculated by the heat release analysis.It was found that a correlation existent between the stronger tumble during induction and turbulence levels at the time of ignition results in a faster flame development. As confirmed by flame propagation images and measurements of combustion periods, tumble (swirl) was found to be more effective than pure tumble in effecting rapid and stable combustion under lean mixture conditions.     

柴油机进气-压缩过程的三维瞬态数值模拟研究

应用动网格技术,对某柴油机在进气和压缩过程中气道-气门-气缸内的瞬态流场进行了数值模拟。模拟结果表明：在进气过程初期,缸内气流运动是紊乱的;随后,逐渐形成多个小涡流;到进气过程中后期,单一大尺度进气涡流形成并逐步得到发展、稳定和加强。而压缩过程初期,在进气涡流继续保持的同时,压缩涡流形成;到压缩过程后期,挤压涡流出现,气流以螺旋方式从气缸进入燃烧室,同时缸内的滚流逐渐加强。压缩过程中缸内气体的平均湍动能随曲轴转角的增大呈先减小后增大再减小的趋势。压缩上止点附近气缸边缘的湍动能很弱,而气缸中部挤流区域的湍动能则相对很强。水平方向的涡流、轴线方向的滚流以及湍动能的这种分布特性都有利于燃油的雾化以及与空气的混合。     

不同点火时刻下天然气掺氢缸内直喷发动机燃烧与排放特性

在缸内直喷火花点火发动机上开展了天然气掺混0％-18％氢气的混合燃料不同点火时刻下的试验研究。结果表明：对于给定的喷射时刻和喷射持续期,点火时刻对发动机性能、燃烧和排放有较大影响,喷射结束时刻与点火时刻的间隔对直喷天然气发动机极为重要,喷射结束时刻与点火时刻的间隔缩短时,混合气分层程度高,燃烧速率快,热效率高。最大放热率等燃烧特征参数随点火时刻的提前而增加。HC排放随点火时刻的提前而下降,CO2和NOx排放随点火时刻的提前而增加,NOx排放的增加在大点火提前角下更明显。掺氢可降低HC排放,对CO和CO2排放影响不大。掺氢量大于10％时可提高天然气发动机热效率。     

进气道和燃烧室形状对火花点火发动机燃烧过程影响的研究

本文针对ＣＡ６１０２发动机燃烧慢、循环变动率偏大等问题，对进气道和燃烧室进行了改进。研究了不同进气道和燃烧结构（六种匹配方案）对燃烧过程和性能的影响，发现涡流比和性能之间无单调的相关关系，与燃烧期之间存在二次抛物线型的逆变相关关系，ＣＡ６１０２发动机合适的涡流比在０．９左右，燃烧室设计因素中火花塞的位置对燃烧过程和性能影响最大，火花塞靠近中心布置方案同原机相比，最低燃油消耗率降低了４．１％，最大扭     

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。     

4气门火花点火式车用发动机缸内滚流和涡流运动的研究

近年来的研究结果表明，４气门火花点火式发动机具有明显的优越性，是车用汽油机的发展方向。本文报道了稳流气道试验台上对一台４气门汽油机以５种不同结构的进气道进行了气道流动特性的试验，用激光多普勒测速仪的在发动机倒拖工况下测量了缸内的空气运动，得到如下结论：４气门汽油机的缸内宏以空气流动主要绕与气缸中心线垂直方向旋转的滚流运动；高位切向式双进气道可获得较高的滚流速度和平均流量系数，是４气门汽油机理想的进