超臨界燃油噴射及燃燒特性的數(shù)值模擬研究.pdf

1、近些年來隨著環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，排放法規(guī)也越來越嚴(yán)格，提高內(nèi)燃機(jī)的燃燒性能已經(jīng)成為當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)研究領(lǐng)域亟待解決的問題。為了實(shí)現(xiàn)高效、清潔的內(nèi)燃機(jī)燃燒過程，一些新型的內(nèi)燃機(jī)燃燒技術(shù)和高噴射壓力、高背壓等增壓技術(shù)被不斷的提出并廣泛應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)中。這些新型燃燒方式和增壓技術(shù)的提出和應(yīng)用使得在噴油時(shí)刻內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)壓力和溫度大幅度提升，缸內(nèi)條件接近甚至超過燃料的臨界點(diǎn)。超臨界流體具有粘度低、擴(kuò)散系數(shù)大和接近于液體密度的物理特性。對(duì)于內(nèi)燃機(jī)來說，將

2、燃料以超臨界狀態(tài)噴入氣缸能有效地提高發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的湍流狀態(tài)，同時(shí)能夠降低微粒排放，實(shí)現(xiàn)清潔燃燒。本文主要研究了超臨界燃料在定容彈中的噴射過程和發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒和排放特性。
　　本研究利用Fluent軟件建立了合適的二維數(shù)值分析模型，并對(duì)超臨界燃料噴射進(jìn)入超臨界環(huán)境中的流動(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值模擬研究。主要研究了環(huán)境條件和燃油狀態(tài)對(duì)超臨界噴射特性的影響。結(jié)果顯示環(huán)境壓力增加時(shí)射流長(zhǎng)度和噴射擴(kuò)張角都有明顯的減??；環(huán)境溫度的變化對(duì)超臨界噴射過程中射

3、流長(zhǎng)度和噴射擴(kuò)張角基本無影響；燃油溫度增加時(shí)射流長(zhǎng)度略有增大，但噴射擴(kuò)張角隨著燃油溫度的增加無明顯變化；燃油流速增大，超臨界噴射的射流長(zhǎng)度和噴射擴(kuò)張角都增大，且增大的趨勢(shì)明顯。此外,研究了變密度氣體噴射和超臨界噴射的異同，通過數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果中軸線上密度分布和燃油質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布狀況與變密度氣體噴射經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測(cè)結(jié)果的對(duì)比，經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果距離噴口較近時(shí)吻合度較好，但在距離噴口較遠(yuǎn)處存在明顯差異。因此變密度氣體噴射的經(jīng)驗(yàn)公式并不

4、能完全預(yù)測(cè)超臨界噴射中軸線上燃料的分布狀況。此外，為了探究超臨界燃料噴射與亞臨界燃料噴射在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒和排放特性的異同。本文利用AVL-Fire軟件分別對(duì)超臨界燃料噴射和亞臨界燃料噴射工況下內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行特性進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。主要研究了內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行過程中缸內(nèi)的溫度、壓力、湍動(dòng)能、放熱率、NO和碳煙的變化情況。通過分析得到以下結(jié)論：相對(duì)于亞臨界燃料噴射工況，超臨界燃料噴射的著火時(shí)刻稍微提前；缸內(nèi)溫度的峰值出現(xiàn)時(shí)間提前。超臨界燃料噴射工況下缸內(nèi)