汽油机缸内直喷混合过程三维瞬态数值模拟.pdf

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1、第40卷第2期2011年4月小型内燃机与摩托车SMALLINTERNALCOMBUSTIONENGINEANDMOTORCYCLEV01.40No.2Apr.2011汽油机缸内直喷混合过程三维瞬态数值模拟王立新1刘斐1魏明锐2文华3李程2王海良2周昌祁2(1一泛亚汽车技术中心有限公司上海2012012一武汉理工大学汽车工程学院3一南昌大学机电工程学院)摘要:以KIVA程序作为三维瞬态模拟软件,对缸内直喷汽油机在4000r/min和6000r/min工况下缸内油气混合过程进行了数值模拟。结果表明:在4000r/min和6000r/min下缸内混合气的速度和浓度

2、分布相似,火花塞附近的混合气当量比在1.2—1.5范围;在接近点火时刻,4000r/min的混合气分层效果较6000r/min的更为明显,有利于分层稀燃。计算结果可为直喷式汽油机的设计和性能改善提供一定的理论依据。关键词:缸内直喷油气混合数值模拟中图分类号:TK411+.71文献标识码:A文章编号:167l一0630(2011)02—0038—05r■1—1r、●●lr¨●J▲T●d●■J●1‘nreeJJlmenSlonaI1’ranSlent州UmerlCal3lmUlatlonofMixtureProcessintheDirectIniectionGa

3、solineEngineCylinderW粕gLixinl,LiuFeil。WeiMingrlli2。WenH岫3。LiChen92。WangHailian92,ZhouChangqi2l—ParIAsiaT色chnicalAutomotiveCenterCo.,Ltd.(Shanghai,201201,China)2一SchoolofAutomobileEngineering,WuHanUniVers蚵ofTechnolog)r3一SchoolofMechanical&Elect“calEngineering,NanchangUniversityAbstm

4、ct:BasedontheKIVAcodes,thispapersimulatestheair_fuelmixingprocessinaGDIgasolineengineundertlleconditionsof4000rpmand6000rpm.Theresultsshowthatt}levelocityandconcentrationfieldsaresimilarforthebot}Iofthetwoworkingconditions,whiletheequivalenceratiooft}lemixtureamundtllesparkplugisbe

5、tween1.2~1.5inthevicinityoftheignitiontime.Andthestratificatione£fectofmixtureat4000甲mismoreobviousthant}latat6000叩m,beingbeneficialtostratifiedleancombustion.ThestimulateresultsareValuablefortlledesigningandimpr0VingoftlleGDIengine.Keywords:GDI,Ai卜fuelmixing,Numedcalsimulation引言到目

6、前为止,国外已有许多著名的汽车公司开发了比较成熟的GDI机型和产品[1以1。现在国内也对GDI技术开展了越来越深入的研究开发。通过数值模拟,可以为燃烧室改型、优化配气定时、点火定时以及其它参数的调整提供理论依据,实现充气效率、涡流和滚流特性等流动特性的预测。本文以GT—Power和KIVA软件为平台,对C14发动机进气和缸内混合进行瞬态数值模拟,重点模拟了4000r·min。1和6000r·min一两种代表转速下缸内混合气的流场变化和浓度分布,揭示直喷式发动机缸内混合气形成特点。作者简介:王立新(1966一),男,高级工程师,研究方向为汽油机新技术开发与工程

7、应用。第2期王立新等:汽油机缸内直喷混合过程三维瞬态数值模拟391控制方程KIVA软件通过对质量、动量、能量守恒方程和RNG—K一8湍流模型等偏微分方程在时间和空间上进行离散,求得具有物理意义的数值解,从而获得对流场细节的描述。考虑到活塞为运动边界,故采用任意拉格朗日一欧拉法(ALE)进行变网格流体计算。ALE在时间上采用一阶向前差分和空间上采用有限体积方法来离散控制方程组阻4

8、。质量方程:鲁+V.(p㈡=V.[pJDV㈡Ⅲ斯饥(1)式中,p。为第m种组分的密度,p为总密度,D为扩散系数。式中的上标c为化学反应的源项,上标s为喷雾源项(下同)。6。。为Kmn

9、ecker算子。动量守恒方程:掣+V.(p训一专Vp

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