柴油机缸内燃烧数值模拟研究

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1、中北大学学位论文柴油机缸内燃烧数值模拟研究摘要随着能源和环境问题的日益严重，节约能源、保护环境在全社会已经形成共识。而柴油是由石油提炼而来的，所以为了节约石油资源，世界各国对柴油机的燃烧与排放等各方面的规定都更加严格。这就需要我们深入研究燃烧与排放问题。研究柴油机燃烧与排放的方法主要有实验法与数值模拟法两种，它们各有所长，本论文采用第二种方法对柴油机进行燃烧过程数值模拟研究。本文运用FIRE软件建立柴油机燃烧的计算模型，然后设置合理的边界条件、初始条件以及选择合理数学模型，对从进气门关闭到排气门打开的过程进行模拟计算，通过对比实验与仿真数据进行了模型的校核与验

2、证，并对额定工况（2500r/min）下的热力参数与物理场进行研究。结果表明：在367°CA压力到最大值17.34MPa；376°CA平均温-5度达到最大值1888K；410°CA时NOx质量分数达到最大值1.45×10，此后基本保持不-5变。碳烟是边生成边氧化的，在364.9°CA附近其质量分数达到最大值3.365×10，然后慢慢减少；同时从温度场可以看出，在上止点附近358°CA，由于缸内压力升高率特别大，所以温度升高也特别快；随着燃烧强度降低，缸内温度逐渐降低。在此基础上，本论文研究了喷雾锥角对燃烧的影响。它主要影响油束在缸内的贯穿部位和油滴颗粒发生碰壁

3、的位置，如果喷雾锥角过小会使得油雾在燃烧室凹坑处大量累积，对燃油的扩散和混合不利；适当增大喷雾锥角会使燃油沿着燃烧室的凹坑壁面移动，使它与更多空气接触并互相作用，促进燃油和空气的混合。此外，还研究了喷油提前角对燃烧的影响。结果表明：减小提前角，放热率曲线会整体往后移动并且其峰值会减小；增大提前角，缸内燃烧起点提前，缸内最大压力、压力升高率、最高温度明显变大，同时NOx生成也表现出逐渐增加的趋势，并得出当提前-5-5角从5°CA提前到9°CA时，NOx的质量分数也从1.1×10增加到1.9×10的结论。所以适当地减小提前角能够避免柴油机粗暴工作、减小燃烧噪声和N

4、Ox的生成量，但是随着提前角的减小，Soot排放会增加。当提前角不同时，同一曲轴转角处缸内浓度场有明显中北大学学位论文的差异，并在一定的范围内，增大提前角，着火时会有更多的均匀混合气。关键词：柴油机，燃烧过程，数值模拟，喷雾锥角，喷油提前角中北大学学位论文DieselNumericalSimulationStudyoftheCombustionProcessAbstractBecausetheenergyandenvironmentproblemsbecomeincreasinglyserious,allpeople’sviewsarefocusedonsav

5、ingenergyandprotectingtheenvironment.Dieselisrefinedbypetroleum,somanycountries’srulesaremoreandmorestrictonemissionofinternalcombustionengineforsavingoilresources.Soweneedtodelvingintothecombustionandemissions.Thestudymethodsofdieselenginecombustionaremainlyexperimentmethodandsimul

6、ationmethod.Theyhavebothmerits,thispaperadoptsthesecondmethodfordieselcombustionnumericalsimulationresearch.Inthispaper,weusethesoftwareFIREtobuildamodelofdieselcombustionchamber,andsetupreasonableboundaryconditions,initialconditionsandmathematicalmodel.Thensimulatetheprocessfromthe

7、inletvalvesclosetotheexhaustvalvesopen.Bycomparingtheexperimentalandsimulationdata,themodelisvalidated.Ontheratedspeedof2500r/min,thermalparametersandin-cylinderflowfieldardstudied.Theresultsshowthatpressurepesksat17.34MPain367°CA;Theaveragetemperaturereaches1888Kin376°CA;-5exotherm

8、icisfastestin359.2°