TY3100非道路用柴油機噴霧燃燒三維數(shù)值模擬研究.pdf

1、柴油機具有熱效率高和經(jīng)濟性好的優(yōu)點，因此，非道路用機械大多以柴油機作為動力來源。柴油機的噴霧燃燒過程是工作循環(huán)的核心和關鍵，直接影響到柴油機的動力性，經(jīng)濟性和排放性能。在能源和環(huán)境問題的雙重壓力下，要滿足非道路用柴油機嚴格排放法規(guī)的要求，優(yōu)化非道路用柴油機的噴霧燃燒過程具有非常重要的意義。
　　 相對于試驗研究，內(nèi)燃機缸內(nèi)噴霧燃燒過程的多維數(shù)值模擬在預測柴油機性能、指導和優(yōu)化燃燒系統(tǒng)設計等方面，具有系統(tǒng)開發(fā)成本低、數(shù)據(jù)獲取方便、

2、研發(fā)周期短等優(yōu)點，是研究柴油機噴霧燃燒過程這一復雜多變的物理、化學過程的重要研究手段。本文在分析國內(nèi)外柴油機噴霧燃燒過程數(shù)值模擬現(xiàn)狀以及理解噴霧燃燒數(shù)值方法的基礎上，采用CFD分析軟件STAR-CD對TY3100型直噴柴油機缸內(nèi)噴霧和燃燒過程進行了多維數(shù)值模擬。
　　 論文首先建立了TY3100柴油機缸內(nèi)噴霧和燃燒過程三維模擬的計算模型，并重點研究了計算網(wǎng)格及EBU LACT燃燒模型中的經(jīng)驗參數(shù)Aebu對模擬結果的影響。其中，利

3、用三維建模軟件UG建立了包括進排氣道、氣缸、燃燒室在內(nèi)的計算域三維實體模型，利用STAR-CD及內(nèi)燃機動網(wǎng)格生成工具ES-ICE建立了柴油機動網(wǎng)格模型，并借助發(fā)動機一維仿真軟件GT-POWER獲得了模擬的初始和邊界條件。計算網(wǎng)格及經(jīng)驗參數(shù)Aebu對模擬結果的影響研究表明：噴霧燃燒數(shù)值模擬結果對計算網(wǎng)格及模型參數(shù)選擇具有較大的依賴性；隨著網(wǎng)格加密，噴霧射流的速度不斷增大，噴霧油束幾何形態(tài)變得細長，噴霧貫穿距增大；網(wǎng)格D適合于本研究的噴霧計

4、算；增大A曲u會使燃燒反應速率加快，計算中Aebu取為4。
　　 其次，運用建立的計算模型對TY3100原機的噴霧燃燒過程進行模擬，詳細分析了柴油機缸內(nèi)流場、噴霧發(fā)展形態(tài)、噴霧液滴的空間分布及燃油濃度分布情況，燃燒溫度場及排放物NOx和SOOT的濃度場分布情況。研究表明，燃燒室偏心布置導致各個噴孔方向燃油濃度分布不均勻；較低的噴射壓力導致燃油霧化質(zhì)量較差，燃燒室凹坑內(nèi)的空氣利用率較低；NOx在高溫富氧的燃燒室凹坑及活塞和缸蓋之間

5、的區(qū)域生成，SOOT在燃燒室縮口和缸蓋頂部擠流區(qū)域生成。研究結果為原機燃燒系統(tǒng)的評價及改進提供依據(jù)。
　　 最后研究了噴油壓力和燃燒室形狀對柴油機混合氣形成及燃燒過程的影響。噴油壓力從原機60MPa提高到120MPa后，霧化質(zhì)量提高，燃油分布區(qū)域增大，燃燒室內(nèi)的空氣利用率增大，碳煙生成量減少，同時NOx生成量增加，但碳煙減少幅度比NOx增加幅度大13％。噴油壓力的提高，燃燒室形狀也要與其匹配，因此在保證壓縮比不變的情況下，設計了