基于CFD数值模拟的柴油机性能研究.pdf

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第1期2011年2月内燃机InternalCombustionEnginesNo．1Feb．201l基于cF，D数值模拟的柴油机性能研究要★t★，f■★^★■★一，’，一，』★★★★★tt’t★★★jr★★r★tt★★★t★jr★★★t★，jr★★t★★tt^，jr★★★t★★★★t★★★女★★★jrt★★t★r★tt★★★jrt★★，t★t★t★★t★，★，★★★★★t★★t'★'★1★★★★★★★★★★★t★tr，★jr★★★-／r_★’，★★★★ttjr★t★★t★t’★★t★★，★★。★。★。★。★。★+★★★’★’★+，。★+，+t+★’，t★。★t★。★’★’t+★。，章玉成i孙跃东’★。★1t‘，。★+★。t+★。★’t。★。★★t‘++★‘，：★+★。★+t’★’t。★t×t：*×+：★=t：t：t×t：t：，×t孓王海理t大学：机骶程学院，，蛸乏o㈣>×t×t：*：t×t×t：t：*：*：t×★★★★t★★t★★★1★⋯★t’xt，t★t■★’t⋯■t★jr，★t*t★★★t■宵★★★★t★★★★★★★jrt★★t★★★★★★jr★★★★Jr★★★★t★★★★t★★★t★★t★★★，★★★★摘要：为研究燃烧室结构对柴油机性能的影响，利用CFD程序对不同缩口直径和深度的燃烧室内的气流特性、喷雾特性、燃烧特性以及排放特性进行数值模拟。结果表明，柴油机的性能与燃烧窜的结构形状关系密切：缩口直径较小．燃烧室深度较深的燃烧室3能形成良好的气流特性，燃烧室内滚流强度保持较好，喷雾油粒的索特平均直径小，雾化效果较好，缸内平均温度和平均压力值较大，NO生成量最高，所以其排放特性仍需改善。研究结果为燃烧室的设计提供了依据，便于柴油机的各种性能均能达到良好的水平。关键词：柴油机；燃烧；燃烧室结构；数值模拟；滚流强度中图分类号：TK421文献标识码：A文章编号：1000—6494(2011)01—0020—04DieselEnginePerformanceResearchBasedonCFDNumericalSimulationLIYu-cheng，SUNYue-dong(CollegeofMechanicalEngineering，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China)Abstract：Inordertoresearchtheeffectofcombustionchamberstructureondieselen百neperformance，usingCFDproce-durestoresearchtheeffectsofreentrantdiametersanddepthontheflowcharacteristics。spraycharacteristics，combustioncharacteristicsandemissioncharacteristics．Theresultsshowthatthestructureofchamberplaysanimportantroletothedieselengineperformance．Thechamber3havesmallerreontrantdiametersandlargedepth．whichcanforminggoodflowcharacteristics，andithavebettertumbleintensityretention，theatomizationeffectswasbetterbecausetheSauterMeanDiameter(SMD)ofdropletswassmall．7r}lemeantemperatureandmeanpressureofchamber3Washigherthantheotherchambers．TheNOemissionofchamber3washighest．SOitsemissioncharacteristicsstillneedtoimprove．Theresultspro—videabasisforthedesi西ofcombustionchamberSOthatthevariOUScharacteristicsofdieselenginecanreachabetterlevel．Keywords：diesel；combustion；combustionchamberstructure；numericalsimulation；tumbleintensity近几年来，随着能源和环境问题的日益突出，内燃机的发展面临巨大挑战。燃烧过程是内燃机工作循环中最重要和最复杂的过程，直接决定着内燃机的燃烧效率及排放结果111。影响内燃机燃烧性能的因素很多，但是经过大量研究表明，燃烧室的结构形状对混合气的形成和燃烧过程有决定性的影响，燃油喷射系统和进排气系统必须与燃烧室配合才能获得较好的性能指标闭。结构形状不同的燃烧室会形成不同的缸内气流特性和喷雾特性，从而直接影响内燃作者简介：李玉成(1985一)，男，山东潍坊人，硕士研究生，主要研究方向为汽车发动机燃烧及排放控制。收稿日期：2010—09-08机的燃烧特性和排放特性。因此燃烧室结构形状对提高燃烧效率和降低排放有着巨大的影响，对其结构形状的优化匹配是整个燃烧系统开发过程中的一个关键环节|3I。数值模拟可以加深对内燃机缸内流动及燃烧过程中复杂的物理、化学过程的理解，揭示燃烧系统参数对燃烧过程及排放的影[1晦J141。笔者采片}数值模拟的方法，以YC6M220增压直喷柴油机为研究对象，设计了三种形状不同的燃烧室，利用CFD软件AVLFire．对三种不同形状的燃烧室进行三维瞬态模拟，根据结果对其缸内气流特性、喷雾特性、燃烧特性以及排放特性进行分析，从而研究燃烧窒形状的变化对内燃机性能的影响，为内燃机的设计提供依据。 第1期李玉成等：基于CFD数值模拟的柴油机性能研究1物理模型1．1柴油机参数笔者所研究的发动机为YC6M220型增压直喷柴油机。其主要参数见表1。表1YC6M220柴油机主要参数项目参数缸径／nun行程／nun排量／L压缩比标定功率／kW标定转速／(r·rain一)最大扭矩／(N·m)最大扭矩转速／(r·rain．t)最大扭矩燃油消耗率／(g·kW4·h。1)1．2燃烧室结构参数三种燃烧室的结构形状相似，区别在于三种燃烧室的缩口直径Di和燃烧室的深度有所不同。三种燃烧室的结构关系是D。>Da>D。，T，