航空重油点燃式活塞发动机燃烧及爆震影响因素的模拟研究

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1、学校代号10532学号S150200356分类号V234密级公开硕士学位论文航空重油点燃式活塞发动机燃烧及爆震影响因素的模拟研究学位申请人姓名：朱立靖培养单位：机械与运载工程学院导师姓名及职称：陈征副教授学科专业：动力工程及工程热物理研究方向：发动机燃烧数值模拟论文提交日期：2018年4月20日学校代号：10532学号：S150200356密级：公开湖南大学硕士学位论文航空重油点燃式活塞发动机燃烧及爆震影响因素的模拟研究学位申请人姓名：朱立靖导师姓名及职称：陈征副教授培养单位：机械与运载工程学院专业名称：动力工程及工程热物理

2、论文提交日期：2018年4月20日论文答辩日期：2018年5月10日答辩委员会主席：宋晓琳教授Numericalsimulationoninfluencefactorsofcombustionandknockforspark-ignitionaviationheavyoilpistonengineByZHULijingB.E.(GuangxiUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofSc

3、ienceinPowerEngineeringandEngineeringThermalPhysicsintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorCHENZhengMay,2018小型航空点燃式重油活塞发动机燃烧特性及爆震影响因素的模拟研究摘要小型航空活塞发动机凭借其体积小、升功率髙和结构简单等优点在通用航空乃至军用航空领域中发挥着重要作用。早期的小型航空活塞发动机多以汽油为燃料，但汽油易燃，储运过程安全隐患大；而航空重油（指轻质柴油或航空煤油）挥发性低于汽油

4、，闪点高，安全性好，满足军用燃料一体化要求。重油活塞发动机以压燃为主，但其要求高压缩比，导致体积和重量较大，功重比低，对于小型航空领域而言，降低了实用性和灵活性，因此火花点燃将成为重油活塞发动机未来的发展路线。由于燃料理化特性差异较大，重油和汽油的点燃燃烧特性不同，重油更高的爆震倾向极大地限制了发动机的功率提升。本文基于一台四冲程缸内直喷（GDI）汽油机的台架试验数据，建立CFD三维仿真模型，采用大涡模拟（LES）开展了航空重油点燃式活塞发动机的仿真研究，通过优化燃烧过程的控制参数，实现航空重油在点燃式活塞发动机中的爆震控制

5、。主要研究内容与成果包括：(1)建立定容弹CFD三维仿真模型，研究了六孔汽油直喷喷油器在定容弹中的喷雾形态和贯穿距，基于试验数据验证了喷雾模型的有效性；(2)建立发动机进气与燃烧系统CFD三维仿真模型，利用试验数据进行了模型标定，研究了柴油和汽油的点燃燃烧特性及爆震，结果表明柴油燃烧反应速率比汽油慢，爆震倾向明显大于汽油；(3)研究了不同控制参数对重油点燃式活塞发动机燃烧特性及爆震的影响，结果表明：在保证动力性的前提下，推迟点火对爆震的抑制作用有限；在浓度极限内稀混合气抑制爆震的效果比浓混合气好，但对动力性能的影响更大；推迟

6、喷油能抑制爆震，但会使动力性能下降；适当的二次喷射能够有效抑制爆震，同时也能获得良好的动力性能；(4)各控制参数对重油点燃燃烧特性和动力性能的影响大小依次为：喷油时刻>点火时刻>当量比>二次喷射；对爆震倾向的影响大小依次为：喷油时刻>二次喷射>点火时刻>当量比。单独采用推迟点火或当量比的控制策略无法同时兼顾正常燃烧和动力性能；适当的喷油时刻能使爆震倾向减小，同时又保证良好的动力性能；利用适当的二次喷射策略能达到正常的燃烧状态及动力输出。关键词：活塞发动机；航空重油；点燃；燃烧特性；爆震；大涡模拟II硕士学位论文Abstrac

7、tLightweightaviationpistonengineplaysanimportantroleingeneralaviationandevenmilitaryaviationbecauseoftheadvantagesofsmallsize,highpowerperliterandsimplestructure.Theearlysmallaviationpistonenginemostlyusedgasolineasfuel,butthesafetyrisksofgasolineinstorageandtransp

8、ortationaregreatbecauseofitsflammability,whileaviationheavyoil(referredtoaslightdieseloraviationkerosene)haslowervolatility,higherflashpoint,andb