燃烧室形状对直喷式柴油机燃烧过程影响的仿真研究

利用CFD模拟软件Fire模拟研究了柴油机不同径深比的缩口形燃烧室对缸内混合气形成、燃烧过程和排放物形成的影响。研究结果表明:三维仿真模拟缸内压力和放热率曲线与试验值基本一致;SF5型燃烧室喷雾贯穿距长,喷雾碰壁早,燃油蒸气反弹使得喷雾分布不均匀,局部出现缺氧,炭烟排放较高;SF5型燃烧室缸内混合气混合良好,燃烧完全,缸内温度较高,NOx生成量大,可以采取推迟喷油的方式降低缸内燃烧温度,从而降低NOx排放。     

喷油器参数对柴油机燃烧特性影响的数值模拟

应用三维CFD模拟软件FIRE,对1台135柴油机的喷雾与燃烧过程进行了数值模拟。通过缸内流场分析和浓度分析,研究了喷孔数、喷孔锥角对燃烧过程的影响及对NOx和炭烟生成的影响。结果表明,喷孔数和喷孔锥角影响燃油的喷雾质量和油气混合质量,进而影响燃烧过程和排放物的生成;CFD模拟计算对优化喷油器参数,从而改进燃烧系统具有指导意义。     

点燃式CNG发动机燃烧过程研究

利用混合气形成和燃烧三维模型建立了针对CA6SE1—21N增压点燃式CNG发动机的数值模拟研究平台,并对模型进行了试验验证,同时研究了该发动机混合气形成和燃烧的缸内微观变化历程。验证结果表明,CNG发动机混合气形成及燃烧过程的数值模拟结果和试验结果吻合较好,所选模型适合对CNG发动机进行模拟分析。模拟结果表明,缸内混合气形成可分为大幅度掺混和弱流动混合两个阶段;采用螺旋进气道与平缸盖时,在压缩后期逐渐形成强涡流、低滚流的刚性涡;点火时刻缸内混合气呈上稀下浓的分布,不利于提高点火稳定性和火焰传播速度。     

高原环境柴油机喷嘴内部流场与缸内温度场的三维数值模拟

采用广安博之等准维模型,建立柴油机高原运行工作过程模型;通过环境模拟台架试验验证了模型的可信性。将准维计算结果作为喷嘴内部气液两相流动和缸内燃烧三维模拟的初始条件,就高原低压、低温、低氧条件对喷孔内燃油流动状态与分布、缸内燃烧过程的影响进行三维数值模拟。海拔3 700m计算结果表明:与平原环境相比,柴油机喷嘴内空穴现象加剧,燃油流动速度增加,喷孔出口燃油分布不均匀度增加;缸内燃烧平均温度比平原最多高出300℃且分布不均匀,燃烧室局部热负荷偏高。研究初步揭示了高原环境柴油机性能劣化机理,为通过优化缸内喷雾和燃烧过程改善高原运行发动机性能提供参考。     

异辛烷HCCI发动机燃烧特性的大涡数值模拟

通过修改发动机多维CFD计算程序KIVA-3V,并与化学动力学程序CHEMKINⅢ相耦合,建立了异辛烷HCCI发动机燃烧过程的大涡模拟(LES)计算模型。利用此模型对异辛烷HCCI发动机的燃烧特性进行了详细分析。发动机以异辛烷为燃料,其化学反应采用了详细的动力学机理。结果表明:大涡模拟所得到的缸内压力变化趋势与试验基本吻合;采用LES模型计算时,缸内混合气燃烧区域以柱形向四周扩散,而采用k-ε模型计算时以球形向四周扩散。     

湍流强度对火焰传播影响的大涡模拟研究

为了研究封闭空间中湍流强度与火焰传播相互作用,基于快速压缩机试验平台建立了燃烧室模型,开展了上止点缸内压力1.1 MPa和1.4 MPa及不同湍流强度下,异辛烷-空气当量比混合气点火和火焰传播过程的三维大涡模拟研究。研究结果表明:火焰发展受到周围湍流脉动的影响,火焰形态发生褶皱和变形,且随着湍流强度的增加,火焰表面褶皱和变形越发严重;同时火焰的褶皱和变形会进一步加剧湍流脉动,从而加强火焰和湍流脉动的相互作用,影响缸内的燃烧情况。     

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。     

内燃机进气过程缸内湍流流场的大涡模拟

为精确描述内燃机进气过程中的缸内流场动态特性,基于非结构化动网格和有限体积法,应用大涡模拟方法对1台模型发动机进气过程进行三维瞬态数值模拟研究。计算采用动态Smagorinsky亚网格尺度模型,得到缸内速度和湍流黏度分布及其随时间的变化。大涡模拟的计算结果与试验值吻合良好,与RNAS模型相比能更精确地揭示流场的瞬变结构和流动的随机特性。     

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。     

柴油机高压及微孔径下燃油雾化特性的数值研究(Ⅰ)——模型参数的选取

为了更精确模拟燃油雾化过程,探求适合超高压及微孔径下的燃油雾化模型,向计算流体力学平台KI-VA-3V中加入了大涡模拟程序及相应的雾化模型,数值研究了在超高压和微孔径条件下不同雾化参数对燃油雾化蒸发过程的影响.结果显示,破碎时间常数B1值对液相和蒸气相浓度有着重要影响,且对不同的湍流模型影响程度不同;随着B1的增加,喷...     

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。     

KIVA燃油喷雾多维模型的研究

KIVA程序是一功能比较齐全的内燃机缸内过程模拟数值计算的大型程序，它代表了目前多维模型的最新进展。本文论述了KIVA程序中喷雾模型的发展历程和进展，最后指出了燃油喷雾多维模型研究的发展趋向。     

基于缸内流动喷雾燃烧CFD仿真的直喷汽油机燃烧系统优化设计

对一款1.0L三缸增压直喷汽油机,建立了燃烧系统CFD仿真模型,并详细描述了换气、喷油器喷雾特性等边界条件的设置。分析了其额定功率点下的缸内瞬态流动、喷雾、混合气形成以及燃烧过程。原设计状态下,点火前缸内湍动能分布以及燃油浓度分布不够合理,火焰传播不对称,存在爆震风险。通过优化设计进气道及活塞冠面,缸内滚流运动及点火前湍动能提升,燃油浓度分布改善,燃烧速度加快约3°CA,同时由于omega涡流降低,排气侧湍动能改善,火焰均匀传播到气缸四周。最终的设计方案下,滚流、湍动能、火花塞周围流场、湿壁、燃油浓度分布以及火焰传播均能满足工程目标。在随后的单缸光学可视化发动机试验中,各工况下的混合气形成、湿壁及燃烧均能满足要求。     

喷油策略对柴油机燃烧噪声及排放影响的模拟研究

进行了通过优化高压共轨系统燃油喷射策略来改善缸内燃烧排放性能的研究,基于AVL Fire软件,针对1015柴油机开展了不同燃油喷射策略下的喷雾燃烧和排放的数值模拟,建立了数学模型并验证了模型的可靠性,分析了一次预喷的预喷时刻、预喷量、主喷提前角对燃烧噪声及排放的影响,揭示了各参数对燃烧噪声和NOx及炭烟生成的影响机理,为进一步优化预喷方案提供了理论依据。     

基于仿真的缸内直喷汽油机燃烧系统的开发与改进

以某款采用均质混合气燃烧模式的缸内直喷汽油机燃烧系统的开发为例,介绍了CFD技术在喷雾模拟中的应用.首先对喷油器的喷雾模型进行试验标定,然后将标定好的模型应用到缸内瞬态流动和喷雾仿真中.对最大转矩点(1 800r/min)和额定功率点(5 500r/min)两种工况下的缸内流场、混合气形成过程和点火时刻的浓度分布进行详...     

基于拟序火焰模型的柴油机燃烧过程数值模拟

在分析经典的涡耗散概念燃烧模型(Eddy Dissipation Concept Model)的基础上,着重介绍了3区拟序火焰模型(3 Zones Extended Coherent Flame Model,ECFM-3Z)机理,并对一台直喷式柴油机的单缸燃烧过程进行了数值模拟。通过模拟计算与试验结果的对比分析发现,计算所得的缸内压力、燃烧放热速率和排放生成物与试验结果吻合良好,表明所应用的燃烧模型更能真实地反映柴油机燃烧过程,并能较准确地预测排放物的生成。     

喷雾燃油试验台定容弹设计

直喷汽油机的喷雾特性直接影响着缸内可燃混合气的形成和燃烧的过程,研究喷油器的喷雾特性对于提高发动机的燃油经济型和排放水平具有重要意义。喷雾定容测试系统是研究喷油器喷雾特性的主要手段之一。     

单段与两段喷射均质直喷汽油机混合气形成研究

针对某均质缸内直喷汽油机低速时燃油湿壁问题,用定容弹试验对喷雾模型进行标定,同时使用FIRE 软件对单段和两段喷油策略的混合气形成过程进行数值模拟研究.结果表明,转速为2000 r/min的全负荷工况下,单段喷油时燃油湿壁现象较为严重,而采用两段喷油可明显改善燃油碰壁情况,且点火时刻缸内混合气均匀性也得到改善;第2段喷油结束时刻越晚,燃油碰壁量越小,混合气浓度分布均匀性越差.     

缸内直喷汽油机的喷雾模拟

在定容弹内测量了某直列4缸均质缸内直喷汽油机不同时刻的喷雾油束形状和喷油器附近位置的喷雾液滴直径及速度分布,并在CFD模型中进行了喷雾的标定.分析了原机缸内喷雾、混合情况.研究了喷雾锥角、喷孔布置对缸内混合气均匀性的影响,论述了在低转速、部分负荷时加进气翻板的作用.结果表明,调整喷雾锥角、喷孔布置方式可以改善直喷汽油机缸内空燃比分布的均匀性;采用进气翻板可以提高发动机低转速部分负荷时缸内的滚流比及紊流强度,从而改善缸内混合气质量及加快缸内燃烧速度.     

柴油机喷油嘴内喷射压力对燃油流动的影响

喷油嘴是柴油机最重要的工作部件之一,其性能直接影响柴油机的燃烧过程,故研究喷嘴内柴油的喷射特性以及燃油的喷雾特性是非常有必要的。但是喷油嘴内部空间非常狭小,却有很高的燃油流动速度和喷射压力,要对其进行试验有非常大的难度。文章通过Gambit软件进行喷油嘴几何建模,然后进行合理的网格划分,最后将几何模型导入Fluent软件。通过改变喷射压力,来模拟喷孔内的燃油流动速度、压力分布情况,对其进行分析研究。结果表明:提高喷射压力,使喷孔内部燃油的流速增大。