对置活塞二冲程柴油机喷雾过程的试验研究与数值模拟.pdf

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1、对置活塞二冲程柴油机喷雾过程的试验研究与数值模拟谢钊毅2016年1月中图分类号：TK421UDC分类号：621对置活塞二冲程柴油机喷雾过程的试验研究与数值模拟作者姓名谢钊毅学院名称机械与车辆学院指导教师赵振峰答辩委员会主席纪威教授申请学位级别工学硕士学科专业动力工程及工程热物理学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月Experimentalstudyandnumericalsimulationofthesprayprocessinanopposed-pistontwo-strokedieselengineCandidateName：XieZh

2、aoyiSchoolorDepartment：MechanicalEngineeringFacultyMentor:AssociateProf.ZhenfengZhaoChair,ThesisCommittee:Prof.WeiJiDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:PowerEng.&Eng.ThermophysicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January,2016摘要对置活塞二冲程（Opposed-PistonTwo-Str

3、okeEngine,OP2S）柴油机由于其功率密度高、平衡性好、热效率潜力高等特点，在如今对柴油机高强化、轻量化的需求背景下正在获得越来越多国内外研究机构的重视。近年来针对OP2S柴油机增压扫气、换气过程和缸内工作过程的研究已取得令人瞩目的研究成果，但针对OP2S柴油机燃油喷雾组织过程的系统研究却尚未广泛开展。本文在此种背景下，以折叠曲柄式OP2S柴油机为研究对象，通过仿真与试验手段相结合的方法，开展OP2S柴油机双喷油器喷雾过程的研究，论文的主要研究工作如下：（1）本文对比分析了目前常用的几类喷雾可视化测试技术，根据试验要求选定纹影法进行喷雾可视化试

4、验。根据OP2S柴油机燃油喷雾组织方式的特点，开发了一个可实现双喷油器喷雾碰撞的喷雾可视化试验台，分析了不同喷油器布置方案、喷射压力以及喷射背压对喷雾空间分布的影响规律研究，同时为之后的仿真研究提供喷雾模型校核；（2）基于OP2S柴油机的结构特点和工作原理，建立发动机缸内工作过程三维CFD仿真模型，根据喷雾可视化试验和整机性能试验结果校核仿真模型；（3）根据对发动机宏观喷雾特性和微观喷雾特性的讨论分析，提出根据喷雾的贯穿距离以及空间扩散率评价喷雾空间发展扩散能力，根据喷雾SMD、燃油蒸发率评价喷雾的蒸发雾化速率以及根据空气利用率、混合气当量比分布评价油

5、气混合质量的研究方法，完善了OP2S柴油机喷雾过程的评价指标；（4）分别研究了喷油器布置方式、喷射压力和背压对OP2S柴油机缸内喷雾的发展、破碎、雾化、蒸发以及扩散过程的影响规律。根据研究结果和OP2S柴油机结构特点确定OP2S柴油机喷雾组织策略，并在此基础上探索不同的喷孔油束夹角对喷雾发展、雾化和与空气的混合过程的影响规律，最终确定一个最佳的喷油器油束夹角方向使发动机获得良好的雾化混合质量和燃烧品质；（5）根据OP2S柴油机利用非对称扫气腔的进气口倾角在缸内形成斜轴涡流组织气流运动的特点，以喷雾空间扩散、油气混合质量和速率以及燃烧品质为优化目标，研究

6、不同口倾角对喷雾发展、雾化及与空气的混合过程的影响，最终得到最优的进气口倾角。本文基于以上研究对OP2S柴油机缸内喷雾过程进行探索，为折叠曲柄式OP2S柴油机燃油喷射系统的设计提供指导依据。关键词：对置活塞；二冲程；喷雾过程；喷雾雾化；可视化VAbstractWiththedemandofthereinforcementandlightweightdesignindieselengines,opposed-pistontwo-stroke(OP2S)dieselengineisbecominganincreasinglypopularresearcht

7、opicathomeandabroadduetoitsdramaticaladvantagessuchashighpowerdensity,excellentbalanceperformanceandhighthermalefficiency.Inrecentyears,moreandmoreremarkableachievementsthatfocusedonthescavengingprocess,gasexchangeprocessandin-cylinderprocessweremadeinOP2Sengineresearchandincont

8、rast,littleresearchonsprayprocessinOP2Senginewa