柴油机缸内流场三维数值模拟及燃烧室结构参数优化

• 作 者: 张学东
• 机 构: 江苏大学
• 出 处: 江苏大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 柴油机 缸内流场 螺旋进气道 进气压缩过程 燃烧室结构 数值模拟

高速小功率柴油机为了改善油气混合质量，通常要采用螺旋进气道在进气过程中组织适当的进气涡流。因此，对螺旋进气道及缸内流场的分析具有重要意义。本文对某增压柴油机进行一维建模，并将计算结果作为边界条件对原机的进气、压缩过程进行了三维瞬态数值模拟，得到了一系列缸内气流运动的微观信息。本文具体工作如下:　　
采用AVL—Boost一维仿真软件对原机进行建模，并通过部分实验数据对模型的准确性进行验证。对原机进气过程的配气相位进行优化设计并为后续缸内瞬态数值模拟提供边界条件。　　
采用三维绘图软件Pro/E对原机的进气道、气缸、燃烧室进行三维实体建模，利用AVL-Fire软件中的Fame Engine Plus工具进行动网格的划分，依据一维仿真结果对模型施加边界条件后进行瞬态数值模拟。计算结果得到缸内平均参数的变化规律，如缸内平均湍动能，缸内瞬时涡流比，进入气缸的气体质量等随曲轴转角的变化和缸内气流运动的速度场及湍动能场。分析结果表明，缸内平均湍动能呈现先逐渐增大，后减小再增大的趋势，并在进气中期达到最大值。缸内瞬态涡流比在进气中期达到一个峰值，并在压缩上止点附近达到最大值。　　
对原机燃烧室结构进行参数化定义，分析不同燃烧室凸台高度，凸台宽度，缩口比及径深比对缸内瞬时挤流比和涡流比的影响。分析结果表明，燃烧室凸台高度的增加，减小了燃烧室顶部的死区空间，提高了燃烧室内部的空气利用率。燃烧室缩口比越小，缩口处气流速度越大，燃烧室内的瞬时挤流比和涡流比越大。燃烧室径深比越小，燃烧室凹坑内形成完整挤流运动的时间也越早，挤流运动的保持性也越好。