柴油机喷雾混合过程数值模拟的发展与现状

介绍了喷雾模型的类型、发展历史和最新进展,详述了多维工作过程模型中喷雾模型、数值计算方法,介绍了较具有代表性的KIVA系列程序中的喷雾模型,并对这一领域发展中存在的问题和未来的方向进行了探讨。     

柴油机精确实体模型的结构化网格建立与应用

利用逆向工程获得4B26柴油机的螺旋进气道,通过三维造型软件,建立该柴油机进气道—气门—气缸的精确实体模型。应用多块结构化网格的划分思想,借助ICEM—CFD软件,完成4B26柴油机整机的结构化六面体网格划分,建立了基于KIVA—3V程序的柴油机瞬态仿真模型。计算结果表明,所建网格能够满足KIVA—3V的计算要求,瞬态模型计算的缸内压力与试验值吻合较好,实现了KIVA—3V程序在复杂计算区域上的应用,拓展了程序的使用范围。     

火花点火发动机燃烧过程的多维模拟

采用KIVA－Ⅱ程序[1]，建立了基于分形概念的火核模型、描述火焰传播的相关火焰模型以及反映壁面对火焰影响的壁面模型。对一工质为丙烷的火花点火发动机进行了变工况的计算，并与试验结果进行了比较。     

4气门柴油机缸内气流运动的模拟计算

选用大型程序KIVA—Ⅱ ,结合实测边界条件 ,计算了 4气门柴油机的缸内流场 ,并与测试结果进行了比较。指出用KIVA—Ⅱ计算 4气门柴油机的缸内流场时 ,应将Bessel函数的阶数升至 3阶     

用KIVA程序研究二冲程发动机分层扫气的性能

本文采用CFD程序KIVA，对小型高速二冲程汽油机的两种扫气方案──均匀扫气方案和分层扫气方案进行了模拟计算，依据计算结果对这两种方案的优劣进行了分析。     

溶气浓度对发动机燃烧影响的数值研究

文中在KIVA程序的基础上,建立了溶有CO2燃油低温着火模型、碳烟模型,修改了油滴蒸发模型,对溶有不同质量比的CO2燃油发动机的燃烧过程进行了数值模拟,从而探究NOX和碳烟随其所产生的变化,结果表明随着CO2质量比的增加,NOX和碳烟的生成量有了明显的减少。     

柴油机多片碰撞喷雾的图像处理

进行了柴油机多片碰撞喷雾可视化的试验研究,并应用基于MATLAB工具箱而开发的数字图像处理程序对试验结果进行分析.结果表明,应用该程序可得到较清晰的喷雾二值图像,便于提取喷雾贯穿距、扩散角和扩散范围等信息,说明该程序是柴油机喷雾可视化研究的有效辅助手段.     

汽油高压旋流喷雾的数值模拟和试验研究

建立了GDI的汽油喷雾和混合气形成的数值模型，对不同喷油压力、燃烧室背压对静态喷雾的影响做了数值模拟，并利用CCD相机在定容燃烧弹中对GDI发动机高压旋流喷油器产生的喷雾作了高速摄影，通过与模拟计算结果的对比，分析了汽油高压旋流喷雾的发展过程。     

正丁醇-柴油混合燃料喷雾特性的模拟研究

根据喷雾可视化试验的结果,利用三维CFD软件建立了正丁醇柴油喷雾的仿真模型,并验证了模型的准确性。利用该模型研究正丁醇柴油混合燃料的喷雾特性,模拟了喷雾的发展过程,计算了不同掺混比对喷雾贯穿距、液滴索特平均直径、速度场、密度场的影响。结果表明:模拟计算与可视化试验结果基本一致;随着正丁醇掺混比的增加,混合燃料的喷雾贯穿距和索特平均直径均降低,喷雾锥角变大,雾化特性变好。     

利用高速摄影研究二甲基醚的喷雾特性

本文利用高速摄影技术在定容压力室中，通过6孔电磁喷射器，研究了二甲基醚（DME）的喷雾特性。结果表明，二甲基醚的喷雾射程随着定容压力室内气体压力的增加而减少；喷雾锥角则随和的升高而增大，在相同的条件下，二甲基 喷射锥角大于 喷射锥角；喷雾射程则低于柴油的喷雾射程。Hiroyasu喷雾射程的计算模型，通过适当的系数修正可以用于DME喷雾射程预测，由于DME喷雾射程和着火延迟期都比柴油短，在屐机缸内着火时刻，柴油的喷雾射程约为DME的2倍，从高速摄影的喷雾影像中可以清楚的看到，DME的蒸发速度明显比柴油快。     

基于多维子平行六面体模型的可靠性分析方法及应用

针对汽车结构系统中不确定参数同时具有大不确定度和相关性的问题，开展了基于多维子平行六面体模型的可靠性分析方法及其应用研究。首先，通过划分多维平行六面体模型的边界区间提出了一种多维子平行六面体模型，并将其用于描述系统的大不确定度参数；然后，将1阶摄动法与多维子平行六面体模型相结合，提出了一种适用于处理系统参数同时具有大不确定度和相关性的非概率不确定性分析方法；接着，基于不确定性分析方法，建立了系统可靠性分析模型并进行可靠性分析研究；最后，以汽车声固耦合系统、盘式制动器系统和电动车动力总成悬置系统为研究对象开展算例分析，分析了系统响应的不确定性和可靠性，验证了方法的有效性。相关分析结果表明：所提出的方法可有效地处理汽车结构不确定参数同时具有大不确定度和相关性的问题，并具有较高的计算精度和效率。     

双层交错多孔喷嘴喷雾特性仿真与试验研究

本文中采用高速摄影和图像处理技术,研究了双层交错多孔喷嘴的喷雾特性,获取了喷雾的特性参数,对比了双层交错多孔喷嘴与传统单层喷嘴的喷雾贯穿距和喷雾锥角。结果表明,双层交错多孔喷嘴喷雾贯穿距较短、喷雾锥角较大。同时建立了与定容室内喷雾发展过程的仿真模型并进行了仿真,双层交错多孔喷嘴喷雾贯穿距的仿真结果与试验数据很接近,验证了所建模型的准确性。     

直喷式柴油机碳烟和NOx排放的数值模拟及试验

为预测直喷式柴油机的碳烟和NOx排放,提出了新的小火焰计算模型———RIF模型。此模型是通过引入理想混合比分数空间坐标系,将通常坐标系下的组分方程转换到混合比分数空间坐标系下,得出新的组分扩散方程。将小火焰计算模型与流体动力学程序(KIVA-3V)相嵌套,增加并修改原有计算模块,将湍流喷雾运动和湍流燃烧运动有机分开,计算出直喷式柴油机湍流燃烧后生成的碳烟和NOx,最后通过试验验证了该计算模型。     

火花点火发动机燃烧过程的多维模拟

针对火花点火发动机，对现有的各种用于多维模拟的燃烧模型进行了综合评述，介绍了它们的优缺点及应用情况。     

空化对GDI喷嘴内部流动及喷雾特性的影响

采用两相流非线性空化模型和Huh-Gosman喷雾模型对GDI多孔喷油器喷嘴内部流动和喷雾特性进行模拟。通过流量及喷雾试验对计算模型进行了验证,研究了喷嘴内空化现象对流动及喷雾特性的影响,并从抑制空化、提升流量的角度研究了喷嘴内部流动空化的影响因素及规律。研究结果显示:高压汽油在喷嘴内的流动存在明显的空化现象,空化导致的有效流通面积减小是喷嘴流量减小的原因。针阀升程增加,喷嘴流量先增加较快,后趋于平缓。喷孔的不均匀分布导致各喷孔内的空化状况不同,进而产生流量差异。空化作用也使得喷雾射流在喷孔出口截面的流动参数产生差异,影响喷雾的落点分布和喷雾形态。通过优化喷孔k系数和喷孔入口圆角半径可显著提高喷孔流量。     

甲醇与汽油混合气形成的可视化试验与数值模拟

为了研究甲醇的喷雾碰壁及混合气形成特性,搭建了定容燃烧弹装置,对甲醇和汽油的喷雾特性进行了可视化研究,同时采集压力以分析喷雾碰壁飞溅后的蒸发及油膜蒸发特性,并对数值模拟中的喷雾模型进行了标定,在此基础上利用CFD软件在某一进气道喷射发动机燃烧系统模型上分别对甲醇和汽油混合气形成过程的喷雾碰壁,液滴、油膜的发展及混合气浓度分布进行了模拟分析和对比,为发动机燃用甲醇的性能变化及所需调整提供了理论依据。     

柴油机伞喷喷嘴内部流动的数值模拟

对柴油机伞喷喷雾及喷嘴内部流动的研究现状进行了分析,利用三维计算流体动力学(CFD)程序对喷嘴内气穴多相流计算模型进行了验证,在此基础上对柴油机伞喷喷嘴内部的流动特性进行了模拟计算分析。结果表明,在伞喷喷嘴喷孔进口处形成不对称的气穴,并逐渐延伸至出口处,从而对燃油雾化产生一定影响。     

缸内喷雾燃烧CFD仿真模型校验

摘要：采用AVLFIRE软件,对某重型柴油发动机进行缸内喷雾燃烧过程仿真。利用内窥镜系统,获得缸内喷雾燃烧图像。通过CFD仿真结果与喷雾过程、燃烧火焰、碳烟浓度分布进行定性对比分析,校验了缸内喷雾燃烧CFD仿真模型的准确性。     

燃油喷射压力对缸内直喷汽油机喷雾特性的影响

燃油喷射压力对混合气形成有直接影响,提高喷射压力可进一步降低直喷汽油机微粒排放。使用STAR-CD软件分别建立定容弹和发动机缸内喷雾计算模型,利用喷雾特性可视化试验进行喷雾模型有效性验证,其后分析了燃油喷射压力对喷雾贯穿距、索特平均直径等基本特性参数的影响,研究了燃油喷射压力对缸内混合气形成的影响。结果表明提高燃油喷射压力可有效促进燃油的雾化蒸发,加快混合气形成,提高混合气分布均匀性。     

高压共轨柴油机燃烧与排放模型的研究

利用高速闪光摄影技术,对高压喷射喷雾体空间发展规律进行了试验分析,提出了一个计算高压喷射喷雾体发展的数学公式;在正确描述高压燃油喷雾的基础上,建立了一个能预测高压共轨柴油机性能和排放的准维燃烧模型,此模型改进了燃油喷射模型及碳烟的生成与氧化模型,考虑到燃烧区的区间传热和缸内工质的对流辐射传热,对一台高压共轨柴油机进行了仿真计算。计算与试验结果对比分析表明,改进后的燃烧与排放模型能较好地反映缸内各区的燃烧与排放情况。