CA6DL1-30柴油机燃烧室改进的模拟与实验研究.pdf

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1、第40卷第4期2011年8月小型内燃机与摩托车SMALLINTERNALCOMBUSTIONENGINEANDMOTORCYCLEV01．40No．4Aug．2011·设计·计算·CA6DLl—30柴油机燃烧室改进的模拟与实验研究+张程程王谦(江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013)摘要：为研究燃烧室形状对柴油机燃烧和排放性能的影响，应用大型通用CFD软件STAR—CD程序对3种不同形状的燃烧室内燃烧过程进行了多维数值模拟计算，研究了不同的燃烧室形状对缸内气流运动以及缸内燃烧温度和排放的影响，并通过实验验证了计算

2、模型的正确性。关键词：柴油机燃烧室形状数值模拟燃烧中图分类号：TK427文献标识码：A文章编号：1671-0630(2011)04—0035—07SimulationandExperimentalStudyonChamberImprovementofCA6DLl·—-30DieselZhangChengcheng，WangQianCollegeofEnergyandPowerEngineering，JiangsuUniversity(Zhenjiang，Jiangsu，212013，China)Abstract：Inor

3、dertostudytheeffectsofcombustionchambershapeoncombustionandemissioncharacteris-ticsinadieselengine，largeuniversalCFDsoftwareSTAR·CDisusedtosimulatethecombustionprocessesinthreetypesofcombustionchambersofdieselengines．Theeffectsofcombustionchambershape011in—cylind

4、erairmotion，temperaturefieldandexhaustemissionsareresearched．Throughcomparedwithexperimentalre·suits．calculationmodelsareprovedtobeofvalidity．Keywords：Dieselengine，Combustionchamber，Numericalsimulation，Combustion引言柴油机燃烧室结构对柴油机的动力性、经济性和排放性具有重大影响，燃烧室凸台形状和缩口直径对于混合气的

5、形成和燃烧过程具有重要作用，因此对燃烧室进行改进设计，组织良好的气流运动，对改善发动机性能尤为重要⋯。多维瞬态数值模拟能充分反应几何结构的影响，并能很好地预测缸内混合气的形成、燃烧和排放心J。本文以CA6DLI一30柴油机为基础，设计了3种不同燃烧室形状，并运用STAR—CD软件研究了燃烧室凸台角度对雾化及混合物形成过程的影响，缩口直径对缸内气体运动的影响；比较了不同燃烧室形状对缸内燃烧温度以及NO和Soot排放的影响，为柴油机燃烧系统的优化设计提供了非常有价值的理论依据。1计算方案增压中冷柴油机CA6DLl—30的气缸

6、直径为110mm，冲程为135mm；连杆长度217mm；余隙lmm；标定转速2300r·rain～；标定功率220kW；喷油提前角为上止点前70CA；喷油持续期为20。CA；进气涡流比为1．6；压缩比为17．5。在不改变压缩比的情况下，设计了3种燃烧室结构，如图l所示，燃烧室的主要结·基金项目：国家自然科学基金(50576032)；江苏省自然科学基金(BK2009201)。作者简介：张程程(1985一)。男．硕士研究生。研究方向为热力机械燃烧过程与排放控制。小型内燃机与摩托车第40卷构参数如表1所示。图1燃烧室几何形状表

7、13种燃烧室结构参数ABC燃烧室缩口直深度／宽度／凸台直凸台倾斜类型径／mmmmInm径／mm角度／(。)A29421341030B282233lO30C28522351420活塞上表面与缸头下表面问的活塞运动空间由内燃机网格专用生成工具ES—ICE软件根据几何尺寸自动产生。图2为活塞位于上止点时刻的3种燃烧室的网格划分情况。考虑到本次研究的燃烧室为轴对称结构．且喷孔对称布置，计算区域取燃烧室的1／6。1广1严甲图2燃烧室计算网格柴油机缸内的气体流动模拟是根据基本的能量守恒定律．对总的混合质量、动量和焓的平均输运方程进行

8、求解而实现的。计算中认为缸内空气流动状态是三维可压缩的粘性湍流运动，采用瞬态计算模式和PISO算法“；湍流模型选用高雷诺数k一8模型”’5。；燃油雾化采用Huh模型⋯3；油滴破碎采用Reitz／Diwakar模型⋯，撞壁选用Bai模型”。；点火模型采用Shell自燃模型”1．燃烧采用的是基于层流和湍流特征时间EBU燃