用三区模型预测柴油机缸内流动

本文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缸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缸内瞬时平均涡流等参数,进而揭示压缩过程中缸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,计算简便,计算结果得到了试验和其它文献的证实。     

天然气发动机进气及压缩过程三维仿真分析

为研究天然气发动机缸内气流运动及天然气混合规律,利用Hypermesh和AVL Fire软件对发动机的进气和压缩过程进行三维仿真,计算进气与压缩过程的流线分布和天然气质量分数分布。结果表明：进气过程中,滚流主要沿气缸纵向变化,随着高速气流流入,在气门下方生成2个滚流区,进气道一侧的滚流较远离进气道一侧的大,在活塞运行到下止点时滚流能量耗散,被涡流吸收;进气过程中,涡流主要沿气缸横向变化,在气缸顶部形成众多无规则的小尺度涡流,气缸下部气流趋于稳定,形成稳定的大尺度涡流;压缩过程中主要产生是滚流、挤流和湍流,活塞上移,涡流运动加强,形成较大尺度的滚流,活塞顶部接近气缸顶部时,产生挤流,挤流运动可以增加上止点附近的湍动能。     

内燃机缸内空气运动的三维数值模拟

本文对内燃机进气和压缩过程中的缸内流场进行了三维数值模拟计算,得到了合理的结果.这些结果表明,从多维数值模拟,可以获得较大的信息量,能够较好地反映几何形状的影响.计算中发现,在进气过程后期和压缩过程中,燃烧室内的涡流中心存在着进动现象.由于燃烧室的偏置,挤流和涡流的相互作用将使燃烧室内的涡流呈现非对称结构;反喷或逆挤流主要集中在燃烧室边缘上.     

直喷式柴油机燃烧室中喷雾的分布预测

本文介绍了三维准稳态喷雾模型。该模型是根据Dent~[1]二维平面准稳态喷雾模型,同时考虑缸内涡流和挤流的综合作用而建立的。其目的是为了预测在涡流和挤流作用下喷雾的分布。涡流和挤流强度可根据进气道稳流试验结果预测得到~[2]。本研究以高速直喷式6135柴油机为例,预测了喷雾的分布规律,将预测的喷束冲心线轨迹和可见廓线轨迹与实机的喷雾摄影作了比较,两者较为吻合,从而为研究直喷式柴油机的燃烧模型和性能提供了工具。     

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。     

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。     

重型车用柴油机低排放直喷燃烧系统参数的优化

在车用柴油机上引用缩口低排放型燃烧室后,燃烧系统向直喷化发展。为了掌握和定量地评价这种新型燃烧室的结构及其内部气流特点,引入了涡流强度保持性的概念。并利用商用软件FIRE对这种新型直喷式燃烧室内气流的空间分布及其时间变化规律进行数值计算,结合MATLAB软件计算燃烧室内的瞬态涡流强度保持性大小,由此分析不同燃烧室结构参数对燃烧室内气流特性及其涡流强度保持性的影响。同时,通过台架试验分析这种燃烧室内的不同涡流强度保持性与喷射系统参数和进气涡流等参数匹配时对柴油机性能和排放特性的影响。结果表明,通过低排放缩口型燃烧室结构参数的优化,可有效地组织和控制燃烧室内气流分布规律及其强度,而且对于这种燃烧室结构存在着最佳的喷射位置和进气涡流强度,使得在动力性和经济性基本保持不变的条件下,可有效地改善柴油机的排放特性。     

柴油机燃烧室内气流及紊流的研究

本文介绍用热线风速仪测量架油机燃烧室中的气流及紊流的結果。用联机计算机及统计方法完成了试验数据的采集及信息处理,测量了工作循环中气缸和燃烧室内的气流平均速度、紊流强度及紊流尺度等参数。试验结果表明,气缸内的紊流强度在进气行程中期达到最大值,在其后的压缩和膨胀行程期间,紊流强度一直在衰减;但在压缩上止点附近,由于挤流作用,燃烧室内的紊流强度达到另一峄值。本文还分析了气缸内气体压力和温度波动对瞬时气流速度的影响,并建议,在求发动机气缸内气流的紊流参数时,宜采用时间平均法。     

可变涡流对直喷汽油机进气流动特性影响数值模拟

建立了带可变涡流进气道的缸内直喷汽油机(GDI)三维数值模型,利用数值模拟方法分析了可变涡流GDI发动机在2 000 r/min全负荷工况下,涡流调节阀开启和关闭不同状态的进气以及混合气形成过程。得到了进气流动变化、湍动能的发展等重要信息,评价了缸内滚流对混合气浓度分布的影响,结果表明:通过涡流阀开启和关闭可以改变进气门周围进气流动速度分布,进而调节缸内滚流强度,进气流动对缸内燃油分布有着显著的影响。在低转速时,涡流阀关闭使缸内滚流强度明显提高,是相同气门升程涡流调节阀开启时的4~6倍;通过关闭涡流阀产生的大滚流强度加快了缸内燃油雾化速度,有助于在点火时刻缸内形成浓度均匀一致的混合气。     

四气门柴油机缸内流场的LDA试验研究

在一台经过改装的单缸四气门柴油机上,由电机倒拖,使用LDA测量了缸内上部若干测点的速度信号,使用集总平均法对进气和压缩过程中缸内的流场分析计算了涡流的平均流速和湍流强度。结果表明在压缩过程中,从缸心到缸壁,切向湍流强度值大体相同。在压缩过程的初期和中期,缸内流场的切向速度曲线从缸心到缸壁变化较大,存在尖点;在压缩过程的后期、接近上止点位置时,由于挤流的作用,气缸中心的气体旋转角速度较外围明显增大,气缸中的气体分为燃烧室中心的高速圆柱区域和活塞顶上部的低速环形区域。在单进气道工作方式下,只影响进气和压缩初期的缸内流场。     

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。     

汽油机可变涡流进气管对缸内涡流特性的影响

研制了一种阀片式可变涡流进气管,采用嵌入该结构的1.4 L汽油机三维模型,分析了汽油机可变涡流进气管对进气流通特性和缸内涡流特性的影响.计算结果表明,该结构可以对缸内涡流运动强度进行调节,能够使进气终了涡流比最大达到1.8;随着涡流强度增大,流量系数减小,满足了发动机不同工况对于流量系数和涡流运动的要求.经过稳流试验验证,计算结果与试验结果吻合较好.     

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     

可控进气涡流对柴油机低负荷性能影响的研究

就双进气道可控进气涡流系统改善大功率增压中冷柴油机低负荷性能的作用机理进行了理论分析与试验研究。研究结果表明：在低负荷工况下，双气道进气时的涡流强度小于螺旋气道，大于直流气道；螺旋气道进气流量较之双气道虽有所减少，但其涡流比仍保持较高水平，致使缸内爆压、预混合燃烧量和最大放热速率均较大。理论计算与试验结果证明，采用双进气道可控进气涡流系统是改善大功率柴油机低负荷性能的一个有效途径。     

内燃机缸内稳态斜轴涡流特性研究

以角动量合成理论为基本依据,以内置式稳态滚流测量装置测量所得的滚流试验数据和稳态涡流试验数据为源数据,推导了缸仙斜轴涡流特性参数的计算公式;并利用这些公式计算了ＣＡ１１０２发动机两种缸盖的斜轴涡流特性。     

缸内涡流比对冷起动燃烧火焰的影响探究

针对汽油发动机冷起动存在的燃烧不稳定、燃烧效率低的问题,基于单缸可视化发动机在冷起动工况下调节进气涡流,通过分析缸内燃烧火焰特性来探究增强进气涡流对发动机循环波动及输出功率的影响。试验所用发动机为单缸四气门(两进两出)缸内直喷汽油机,其中一个进气道加装有涡流控制阀,通过将一个进气道关闭或者开启来改变缸内涡流的强度。利用高速相机从活塞上的光学通道得到发动机缸内的火焰传播图像,并计算火焰传播面积,提取火焰边界,获取火焰中心速度及火焰扩散速度等信息,同时也利用燃烧分析仪对缸内压力、燃烧放热率等特性进行同步测量和记录,通过多角度的对比和分析揭示缸内燃烧状况与发动机宏观性能的相关联系,有效地发掘了在不同涡流强度下缸内火焰的传播特征。研究结果从缸内燃烧火焰的角度解释了提高涡流比能够很好地提高冷起动的燃烧稳定性,促进发动机缸内燃烧。研究表明,早期火核分布越集中,波动越小,后期循环波动就越小。试验结果还表明,由缸压计算的瞬时放热率与火焰面积存在很好的线性关系。     

基于Kiva3v的柴油机进气和压缩过程模拟

借助专业的网格划分软件,生成带有螺旋进气道的柴油机分块结构化六面体计算网格,基于ki-va3v程序,建立了柴油机的进气压缩仿真模型。计算发动机倒拖的缸内压力,外特性工况点的进气量,并与试验值进行了对比,结果显示吻合较好。分析了缸内的滚流比与涡流比以及缸内的流场变化。缸内涡流比的变化过程对发动机转速的变化不敏感,在压缩上止点达到了最大值。缸内的气流流场在进气压缩过程中变化复杂,产生的涡旋经历了生成、发展和衰减的演变过程。在压缩过程中,缸内的湍流强度在燃烧室区域最强。