喷油嘴孔径和进气涡流对柴油机燃烧特性影响的数值模拟分析.pdf

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1、16内燃机与配件2012年第7期喷油嘴孔径和进气涡流对柴油机燃烧特性影响的数值模拟分析NumericalSimulationontheE圩ectoftheNozzleHolesDiameterandCylinderSwirlonDiesel’SCombustionCharacteristics刘瀚’刘镇吴娇3张晓峰(1．海军驻广州427厂军事代表室2．海军工程大学3．武汉理工大学4．91639部队)[摘要]柴油机燃油系统和进气系统是决定发动机性能的关键因素．本文应用三维CFD模拟软件FIRE和燃油喷射模拟软件HYDSIM对柴油机建模、仿真计算，

2、分析了喷油嘴孔径大小和进气涡流强度对柴油机燃烧特性的影响。结果表明，这些参数对柴油机做功及碳烟、NO排放的影响明显。[关键词]喷孔直径汽缸涡流燃烧特性数值模拟Keywords：NozzlediameterCylinderswirlCombustioncharacteristics目前，日趋严格的排放法规、激烈的市场竞争1FIRE软件中计算模型的选取和能源短缺，使得柴油机不断引入新技术，向低污1．1缸内的气流运动模型染、低油耗、高比功率的方向发展。而提高柴油机动柴油机缸内的气流运动模型是是根据基本的力性．降低油耗和排放的关键在于改善柴油机的燃守恒

3、定律，即根据质量、组分、动量和动能的守恒定烧。柴油机燃烧过程的优劣主要取决于喷油系统、律来求解平均输运方程，本文数值模拟采用了K—s进气系统和燃烧室结构三者之间的匹配。柴油机的双方程模型，它通过求解湍流动能及耗散率的微分燃烧是依靠燃油高压喷入燃烧室，与高温高压的空输运方程而得出湍流输运系数。气混合，经过一系列物理化学准备，然后着火燃烧。1．2燃油喷射和雾化模型燃烧室内可燃混合气的形成时间极为短促，其燃烧喷雾模拟包含两相流现象，需要对气相和液相放热规律和燃油经济性主要取决于燃油的喷射雾同时进行守恒方程的求解。在描述喷雾的雾化情况化及扩散混合，对喷

4、雾质量要求高。时。采用Wave模型。对液体与气体界面上沿流动方如果用传统的试验方法对柴油机燃烧性能的向扰动波的不稳定性进行分析，当不稳定波的振幅影响做出分析，花费大、周期长。而现在由于计算机大于临界值的时候．液滴即发生分裂。该模型假设技术的发展，计算机仿真已作为一种计算手段被广喷射的初始液滴与喷嘴出1：3直径尺寸相同，并且其泛应用于各种工程领域，可为工程设计提供参考与他分散的小液滴都是由于空气流动促使气液互相指导。仿真软件可自行编制，但难度较大，本文是利作用而形成的。蒸发模型采用Dukowicz模型，它认为用AVL公司的三维CFD模拟软件FIR

5、E和燃油喷射模传热和传质过程是完全相似的过程，并且假定Lewis拟软件HYDSIM进行建模仿真，就柴油机喷油系统数(热扩散系数与质扩散系数的比值)为1；计算油的喷油器喷油嘴孑L径和进气气道的进气涡流等参蒸汽的物性参数(比热，粘性等)所对应的温度采用数对柴油机燃烧特性的影响进行了模拟仿真．为柴1／2法，即是当地流体温度和液滴表面温度和的1／2。油机设计提供了技术支撑。该模型是建立在单组分燃油特性基础上，液滴温度刘瀚刘镇吴娇张晓峰：喷油嘴孔径和进气涡流对柴油机燃烧特性影响的数值模拟分析17的变化率由能量方程决定。初始空气状态：空气温度为360K，压

6、力为1．3燃烧模型0．21MPa喷雾边界条件由燃油喷射系统仿真软件燃烧模型采用了涡团破碎模型(EddyBreakupfHYDSIM)计算得到，计算模型如图2所示。其基本参Model1，该燃烧模型假定：化学反应时间尺度远远小数为：于湍流时间尺度，所以燃烧时间尺度由湍流时间尺喷油泵供给最低压力：0．15MPa高压油管内径：3．1mm度决定；反应物包含在不同的涡团中；涡团的破碎喷油器针阀直径：7ram和混合决定了反应速率。针阀升程：0．44ram2计算模型的建立喷嘴数目：5本文所研究的柴油机是某型直喷式柴油机，其喷嘴孑L长度：0．16ram主要技术参

7、数：缸径X冲程为170ram×195ram，连杆．喷油泵柱塞直径：16ram长度为350ram，转速为1500r／min，压缩比为l3．5，单喷雾夹角：155。缸排量为4．43dm。考虑到气缸具有轴对称性，为减3模型计算方案少计算时间，计算区域根据喷孔数目(为5)，选取了本文各计算方案如表1所示，设定每缸每循环燃烧室的l／5，从进气门关闭f上止点前140~CA)YF始，消耗燃油全为0．247g。不同喷孔直径和进气涡流比计算到排气门打开(上止点后117~CA)。本文采用方案的喷油率采用HYDSIM计算得到，喷油率曲线，AVL公司的三维CFD程序(

8、FIRE)计算得到的活塞处油柱的贯穿距如图3，4所示。从图中可以明显看出，于上止点时1／5燃烧室网格模型如图1所示，其网格对于相同的喷油量，从4号喷油