对置活塞二冲程柴油机工作过程耦合仿真与试验研究

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1、对置活塞二冲程柴油机工作过程耦合仿真与试验研究章振宇2015年1月中图分类号：TK421UDC分类号：621对置活塞二冲程柴油机工作过程耦合仿真与试验研究作者姓名章振宇学院名称机械与车辆学院指导教师赵长禄（教授）答辩委员会主席马朝臣（教授）申请学位级别工学博士学科专业动力机械及工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月CouplingSimulationandExperimentalResearchontheWorkingProcessofanOpposed-pistonTwo-strokeDieselEngineCandidateName：ZhangZhen-yuSch

2、oolorDepartment：MechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.ZhaoChang-luChair,ThesisCommittee:Prof.MaChao-chenDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor:PowerMachineryandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除

3、特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要对置活塞二冲程柴油机（Opposed-pistonTwo-strokeDieselEngine，简称OP2S）是一种新型往复活塞式内燃机。近年来，OP2S以其高效、高功率密度、平衡性好等优势，成为国内外众多科研机构的研究热点。OP2S的换气过程与缸内过程有着强烈的耦合关系，同时其换气过程、缸内气流运动都与传

4、统柴油机不同，但是对于OP2S工作过程及耦合关系的研究还有待进一步深入开展。本文以折叠曲柄式OP2S为研究对象，针对OP2S与传统柴油机的不同，采用耦合仿真与试验研究相结合的方法，开展OP2S工作过程的研究。分析了OP2S工作过程中多过程、多学科间的耦合关系，建立了动力学、热力学和计算流体力学模型，形成了面向系统仿真研究的仿真平台。围绕OP2S耦合条件下发动机参数变化对工作过程的影响规律、缸内气流运动规律及燃烧特性开展研究。论文的主要研究工作如下：1、根据OP2S的工作原理，分析了OP2S工作过程中多过程、多学科间的耦合关系，建立了动力学、热力学和计算流体力学模型，形成了面向系统仿真

5、研究的仿真平台。2、获得了换气过程关键结构参数对换气过程及缸内过程特征参数的影响规律；依据参数影响规律结果，进一步完善了OP2S换气过程评价指标。3、提出了以IMEP为优化目标的OP2S换气过程关键结构参数优化方法，通过分析各参数与评价指标的相关性系数确定了各参数与评价指标的相关性程度，最终得到一组换气系统结构参数。4、计算分析了OP2S缸内气流运动的特点。考虑到换气过程与缸内过程的耦合关系，通过冷流计算，对比分析了涡流进气口与滚流进气口对换气过程及缸内气流运动过程的影响。5、探索了OP2S缸内形成斜轴涡流的方法，提出了采用非对称气腔结合涡流进气口组织缸内斜轴涡流的方法，在此基础上仿

6、真计算了涡流进气口倾角变化对OP2S工作过程的影响，最终得到最优的进气口倾角。6、计算分析了喷油规律曲线形状、喷油器喷孔直径及喷孔角度对缸内混合气形成及燃烧过程的影响，在此基础上分析获得最佳喷油规律曲线形状、喷油器喷孔直径及喷孔角度。I北京理工大学博士学位论文7、通过功图计算的方法，分析试验测得发动机示功图，获得了OP2S放热规律特性及燃烧特性，并试验研究了OP2S燃烧循环变动特性。本文在一定程度上丰富了OP2S工作过程的研究手段，并在工作过程机理的探索上取得了一些有益的成果，为OP2S性能的优化提供了支撑，指导了折叠曲柄式OP2S的优化设计工作。关键词：对置活塞；二冲程；柴油机；耦

7、合仿真；气流运动；燃烧II北京理工大学博士学位论文AbstractOpposed-pistontwo-strokeDieselEngine(OP2S)isanewtypeofreciprocatingpistoninternalcombustionengine.Recently,sinceitsdramaticallyadvantagessuchashighthermalefficiency,highpowerdensityandexcellentbala