基于cfd的小型強(qiáng)化汽油機(jī)進(jìn)氣道與燃燒室優(yōu)化研究

1、 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于 基于 CFD CFD 的小型強(qiáng)化 小型強(qiáng)化汽油機(jī)進(jìn)氣道與燃燒室 汽油機(jī)進(jìn)氣道與燃燒室優(yōu)化研究 優(yōu)化研究 Research of the Improvement of Intake Port and Combustion Chamber of Gasoline Engine Based on CFD 學(xué)科專業(yè)： 動(dòng)力工程（內(nèi)燃機(jī)） 作者姓名： 韓雪松 指導(dǎo)教師： 衛(wèi)海橋 研究

2、員 企業(yè)導(dǎo)師： 楊曉 高級(jí)工程師 天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 二零一四年十二月 I 中文 中文摘要 摘要 影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的關(guān)鍵因素包括進(jìn)氣系統(tǒng)和燃燒室形狀， 因二者直接影響進(jìn)氣、 燃油霧化和燃燒過程。 合理設(shè)計(jì)進(jìn)氣系統(tǒng)和燃燒室形狀可以有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能、降低二氧化碳排放。CFD 可以有效縮短發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)周期、降低發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成本，已成為發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)的重要手段。 本文基于汽油機(jī)性能試驗(yàn)和穩(wěn)流試驗(yàn)上， 運(yùn)用 UG 軟件對(duì)原機(jī)進(jìn)氣道進(jìn)行

3、三維建模，并通過三維模擬軟件 FIRE 進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬。在驗(yàn)證三維穩(wěn)態(tài)模擬準(zhǔn)確性之后， 根據(jù)穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)模擬結(jié)果與穩(wěn)流試驗(yàn)的流量系數(shù)、 滾流比等氣道評(píng)價(jià)參數(shù)測(cè)試結(jié)果， 分析原機(jī)進(jìn)氣道所存在的不足之處， 發(fā)現(xiàn)原機(jī)進(jìn)氣道存在滾流比過低 （平均滾流比為 0.73），滾流強(qiáng)度不足，導(dǎo)致原機(jī)燃燒速率過慢，從而提出了多種進(jìn)氣道的優(yōu)化方案。對(duì)優(yōu)化后的進(jìn)氣道進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬，并與原機(jī)模擬結(jié)果對(duì)比，進(jìn)氣道 B1 平均滾流比提升至 0.804 且流量系數(shù)略有提升，進(jìn)

4、氣道 B2、B3 和 B4 平均滾流比達(dá)到 0.849 以上而流量系數(shù)明顯下降。 然后，針對(duì)原機(jī)進(jìn)行了瞬態(tài)數(shù)值模擬，在驗(yàn)證瞬態(tài)模擬的準(zhǔn)確性之后，通過分析原機(jī)的湍動(dòng)能、流場(chǎng)、溫度場(chǎng)，以及火焰發(fā)展期、快速燃燒期、缸內(nèi)壓力峰值及其對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角等燃燒特征參數(shù)， 確定原機(jī)在 3000rpm 性能不足與油耗過高的原因?yàn)楦變?nèi)湍動(dòng)能不足燃燒速率過慢， 進(jìn)而提出了可以提高活塞對(duì)缸內(nèi)混合氣擠壓效果的燃燒室的優(yōu)化方案。 最后， 通過對(duì)優(yōu)化后進(jìn)氣道與優(yōu)化后燃燒

5、室的所有組合進(jìn)行數(shù)值模擬， 研究了不同模型對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特征參數(shù)的影響。 詳細(xì)展示不同進(jìn)氣道與燃燒室組合對(duì)于點(diǎn)火時(shí)刻缸內(nèi)湍動(dòng)能、 氣體流動(dòng)狀態(tài)以及燃燒過程的影響， 著重分析對(duì)于燃燒速率、缸內(nèi)流場(chǎng)和缸內(nèi)溫度的影響，深入探討湍動(dòng)能與燃燒持續(xù)期的關(guān)系。結(jié)果顯示在 3000rpm 轉(zhuǎn)速下針對(duì)原機(jī)進(jìn)氣道不足所提出的進(jìn)氣道修改方案均可有效， 達(dá)到提高燃燒速率這一優(yōu)化目標(biāo)， 而優(yōu)化后的活塞頂面則是在不同進(jìn)氣道下的表現(xiàn)不盡相同。結(jié)合 1000rpm 和