6106柴油机工作过程的数值模拟及优化

• 作 者: 邵治家
• 机 构: 大连理工大学
• 出 处: 大连理工大学
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 柴油机 工作过程 数值模拟 性能优化

柴油机的工作过程涉及到气体流动、涡轮增压、喷油、燃烧、传热与传质以及化学反应动力学等多种物理过程。因此，柴油机的工作过程不仅关系到柴油机的动力性、经济性、燃烧噪音和有害废气生成，而且还直接影响到柴油机的可靠性和耐久性。对柴油机工作过程的研究，虽然可以用实验仪器进行测量，但柴油机结构十分复杂，往往不能得到有关的详细信息。与实验相比较，采用数值模拟计算的方法解决不仅可以大大降低研究费用，节省人力、物力，缩短开发周期，而且还可以获得一些实验不能测量或难以测量的结果。由于对柴油机工作过程进行数值模拟有着实验无法比拟的优越性，因此，本文对柴油机工作过程进行了数值模拟研究。几何结构的精确描述是实现准确实现数值模拟的重要前提，但柴油机模型涉及到进气系统、排气系统、涡轮增压系统、喷油组件、气缸和曲轴箱等诸多实体，而且结构极其复杂，如按真实实体结构建立计算几何模型需要花费大量时间且难以实现，也没有必要。因此根据计算经验，在保证对数值计算精度不产生很大影响的前提条件下，对实体结构进行一些等效简化处理。将进、排气管路简化成一维的模型，这样既能保证计算的精度，又可以节省大量的时间。另外，对缸内的工作过程也做了简化，燃烧模型采用的是准维模型，这种简化虽然看不出空间的不均匀性对柴油机性能的影响，但是可以得到柴油机性能参数随时间的变化规律，而且结果精度也可以满足研发的要求。本文利用大型通用内燃机工作过程数值模拟软件GT-Power，对6106柴油机工作过程进行了数值模拟计算。主要分析了以下几个方面：1、在研究进、排气系统时，主要考察了进、排气系统管路的长度和直径对性能的影响；2、在研究配气系统时，主要考察了进气门迟闭角度、排气门开启角度和气门叠开角度对性能的影响；3、在研究压缩比时，主要考察了压缩比对性能和排放的影响；4、在研究燃油系统时，主要考察了供油提前角、喷油开启压力、喷孔的直径和数目对性能的影响；5、在研究燃烧室壁面温度时，主要考察了壁面温度以及变化对柴油机性能的影响。通过对模拟结果的分析，可以为柴油机的改进设计和性能优化提供重要的理论依据。综上，通过对工作过程的数值模拟可以使柴油机类型、结构参数和性能参数达到优化，这也将把柴油机的设计方法和理论研究带入一个新发展阶段。