偏置燃烧室柴油机缸内喷雾性能研究

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1、设计研究垃偏置燃烧室柴油机缸内喷雾性能研究StudyonBiasinCylinderofDieselEngineCombustionChamberSprayPerformance李雄向梁山罗马吉（武汉理工大学）〔摘要〕本文借助三维流体分析软件STAR-CD模拟研究了偏置燃烧室柴油机机中不同喷孔特性（喷孔与燃烧室壁面距离、喷雾锥角等）对缸内流场和喷雾性能的彬响。结果表明：燃烧室偏置对各个喷孔的喷雾性能影响显著，具有明显的非对称性；为了使燃油到达燃烧室底部，应适当减小喷孔与燃烧室壁面距离；同时可以适当减小喷雾锥

2、角，提高燃烧室凹坑内的空气利用率。〔关键词〕柴油机燃烧室喷雾喷孔特性Keywords:DieselengineCombustionchamberSprayNozzlecharacteristics0引言二气门柴油机的燃烧室通常都是偏置的。为深入了解燃烧室内流场的形成过程•掌握燃烧牢形状对缸内气流运动彫响的内在机理，对燃烧室偏置的研究也非常重要g。本文借助三维计算软件STAR-CD对某柴油机的偏置燃烧室进行了计算分析。由于喷油嘴相对燃烧室偏心布逊，比较了不同喷孔特性对于缸内喷雾性能的影响。’1计算模型1.1发

3、动机结构参数及边界条件本文研究的直喷柴油机的主要结构及运行参数见表1。表1柴油机结构及运行参数气缸葭空/mm100活塞行程/mm105连杆长度/mm174压缩比20.7氽隙高度Amn0.94标准转速r/min2300喷嘴参数5*0.23mm标定功率/kW29.4由于本文主要研究喷雾燃烧过程，所以计算从进气门关闭（133°CABTDC）开始，到排气门开启（127°CAATDC）时结束。计算区域只有燃烧室凹坑底面、气缸壁面和缸盖底面构成的封闭空间。利用GT-Power软件为三维计算提供壁面边界条件，缸内壁面采用

4、无滑移壁面边界，气缸壁面温度400K、活塞头部温度600K、气缸盖温度580K。采用三维进气过程的模拟得到进气门关闭时缸内的气体状态和涡流比，在进气门关闭时涡流比为2・25叫在DeUI作站上（志强4CPU：8G内存:Linux操作系统）进行4核并行计算。1.2喷孔参数由于喷嘴位置相对燃烧塔中心偏心布置，使得喷孔相对燃烧室中心也偏心布置，每个喷孔的喷雾锥角也不同，导致各喷孔与燃烧室壁面的距离不同。各喷孔与燃烧室壁面的距离及喷雾锥角参数见表2。从表中看到，喷孔1和2到燃烧碰面的距离较其他喷孔要长，喷孔1餉喷雾傩

5、角在五个喷孔中最大。各喷孔位置参数差异直接影响各个油束与燃烧室壁面的作用，导致每个喷孔区域流场及涡流强度在缸内分布不均，各喷孔的雾化悄况会呈现明显的差别。为了分析各个油束的差异，下面对各油束喷射方向的流场、燃油浓度场进行了分析。表2喷孔参数喷孔编号12345喷孔与燃烧室壁面距离/mm36.735.332.131.331.3喷雾锥角/。767573.573.5752计算结果及分析图1为燃油喷射雾化历程，显示了燃油浓度场和喷雾粒子。喷油初始时，燃油以液滴直径等于喷孔直径的液滴喷入缸內，燃油雾化的较少。图1燃油寡

6、化历程(6°CABTDC—TDC-»12°CAATDC)随着喷射的进行，喷雾射流速度逐渐提奇，喷雾射流与缸内高压气流相互作用，使油束表面波动增加，使小的液滴颗粒从射流表面脱落，液滴产生雾化。上止点时在油束周围尤其是前端已产生大量燃油蒸汽，燃油蒸汽受缸内涡流影响在油束头部已产生一定程度偏转。在喷雾结束即12°CAATDC时,燃油与空气接触面积增大，大部分燃油蒸发成蒸汽,蒸汽几乎遍布了整个燃烧室空间。2.1速度场分析图2为上止点前I0°CA.上止点后6°CA时的速度场分布图。图2(a)为上止点前10°CA时各个

7、喷孔方向的流场情况。此时还未喷油，从图中可以看到，燃烧室内的气流在凹坑圆弧和凸台的引导下均作逆时针运动，在燃烧室壁面速度较大，在燃烧室凸台上方的区域速度较小。在各个喷射方向的流场结构冇较大的差异。喷孔I方向上燃烧室凹坑内的气流速度幣体较低，凹坑内的气流没冇紧贴燃烧室壁面做逆时针运动，导致斜台壁面存在低速区域；喷孔2方向上的挤流速度相对较小，但在挤流作用F,燃烧室上方区域产生两个漩涡，但是在凹坑区域没有漩涡产生；喷孔3方向挤流速度最大，但是燃烧室区域内没有形成明显漩涡运动；喷孔4和5靠近进气门一侧，燃烧室上方

8、气流运动更为烈一些，在喷孔4和5方向上燃烧室凹坑内形成明显的漩涡。图2(b)为上止点后6°CA时各喷孔方向上的速度分布图。从图中可看出，每个喷孔方向流场结构差异较大。喷孔1和2的喷雾射流在喷射轴线方向几乎没有发生偏转，说明这两孔受缸内周向气流运动影响较小；喷孔3区域内产生多个小的涡流运动，气流运动最为紊乱•喷雾射流的速度较小；喷孔4和5的喷雾射流在喷射方向上均发生了偏转，这一52.00408637.1433.4