张晓嘉[1]2002年在《CIMS环境下柴油机螺旋进气道的CFD分析》文中进行了进一步梳理柴油机进气道的CFD分析对柴油机的设计和生产起着举足轻重的作用，它可以节约大量原本应用于稳流实验的资金和时间，大大缩短产品从设计到实验再到最后投入生产的周期。 本论文利用连续性方程、动量方程、K方程、ε方程建立气道流动理论模型，将气道内流体看作三维定常流动，不考虑气道壁面与流体之间的热传递。通过商业化的CAD／ACM软件UGⅡ为基础构建气道流体实体模型，并利用通用的几何标准将模型导入到有限元分析软件ANSYS中。将气道分为直流段、斜坡段和平顶段叁部分，采取不同的网格对每部分进行分网处理。按照叁种进出口压力差、大中小叁种气门升程共计五种工况对气道内流动进行了分析。使用ANSYS的后处理模块对计算结果进行处理，得到了气道内、气道出口的速度分布、紊流动能分布等结果，采用动量矩流率对涡流水平进行了评定，并对气道的改进提出了一定的建议。
常汉宝[2]2004年在《舰用大功率柴油机低负荷性能研究》文中研究表明柴油机作为舰艇电站的原动机,其低负荷性能一直是人们关注的焦点。本文以双进气道可控涡流系统改善舰用大功率柴油机低负荷性能的作用机理为研究对象,通过开展如下理论分析与试验研究,即进气系统叁维流场数值模拟、柴油机双进气道稳流试验台吹风试验、柴油机低负荷工况实机性能试验和低负荷工况燃烧放热规律的计算分析,深入探讨了可控涡流进气系统的流动特性、变化规律、影响因素,以及可控进气涡流对大功率柴油机混合气形成与燃烧放热规律的影响等问题。首次揭示了双进气道可控进气涡流系统改善大功率柴油机低负荷性能的作用机理。本文的研究内容和创新点主要有以下几个方面:对大功率增压柴油机低负荷性能研究的现状进行了综述,全面分析了改善大功率增压柴油机低负荷性能的现实技术及其有关问题,提出了一种新的不同于传统思维方式的改善低负荷性能的技术措施,即采用可兼顾柴油机高低负荷性能要求的双进气道最佳可控涡流进气系统,来改善大功率直喷式柴油机的低负荷性能。其主要特点是,在整个负荷范围内,该可控涡流进气系统能满足发动机高负荷大流量、低负荷大涡流的要求。在低负荷工况,通过关闭直流气道,实现单螺旋气道进气,在进气流量较之双气道进气有较大幅度减少的情况下,使其涡流比保持较高水平。从而既可以加速油气混合过程和增大预混燃烧量,又可以有效防止低负荷工况因混合气过稀可能出现的不稳定着火现象,达到有效改善大功率增压柴油机的低负荷运转性能。应用先进的流体分析软件,对由直流气道和螺旋气道组成的双气道可控涡流进气系统进行了叁维流场数值模拟和参数分析研究。模拟计算以TBD620V12型柴油机缸头气道为研究对象,在Pro/E软件平台上构筑了双气道的叁维实体造型,运用Ansys面向多块网格的生成工具与强大的非结构化四面体和六面体网格生成技术,进行了网格的前处理工作,建立了柴油机双进气道可控涡流系统的物理和数学模型,根据实际情况确定了计算的初边值条件,使用Fluent大型软件包对TBD620柴油机双进气道的进气流动进行了叁维数值模拟。计算结果与稳流试验结果的变化趋势基本一<WP=5>致,说明建立的模型与计算方法是有效的。建立了评价大功率直喷式柴油机气道质量的稳流试验台,在国内首次对大功率柴油机双进气道可控涡流进气系统进行台架稳流试验研究。进气系统稳流试验结果表明,在双进气道、单直流气道或单螺旋气道叁种进气方式中,当气阀开度达到一定程度后,直流进气道的流量系数最高,双气道次之,螺旋气道的流量系数最低;而其涡流比则与之相反,这一变化趋势与气道试验压差亦即柴油机负荷大小无关。这表明在低负荷工况,采用单螺旋气道进气能获得较大的涡流强度。 该试验结果证实了在低负荷工况,以螺旋气道为主的进气方式的优越性。此外,还对直流气道中的进气挡板的尺寸大小对涡流强度的影响进行了试验研究,在判明其作用机理的基础上,对进气挡板的尺寸进行了优化分析。为了深入研究和证实双进气道可控涡流系统改善大功率柴油机低负荷性能的潜力,对TBD620V12型柴油机进行了整机台架试验,测录了低负荷工况下的缸内示功图和大量性能参数。实机试验结果表明:在柴油机低负荷工况,直流气道关闭与否会对实测示功图产生显着的影响。在低负荷工况下,当螺旋气道单独进气时,柴油机的各项性能指标比双气道同时进气时要好。大量对比试验研究结果表明,采用可控涡流进气系统既有利于充分发挥缸内气流在加速油、气混合方面的作用,也有利于着火燃烧的稳定,从而有效改善了柴油机的低负荷燃烧性能。研究工作还表明,在低负荷工况下,可以通过采用螺旋气道单独进气和低负荷特殊喷油器的技术措施,而使大功率的柴油机的各项性能指标进一步得到改善。运用灰色系统理论,采用灰色关联度的分析方法,对影响柴油机低负荷性能的主要因素进行了灰色关联度分析。分析结果证实,在低负荷工况下,进气涡流强度与过量空气系数以及循环喷油量相比,进气涡流强度对促进混合气形成和改进燃烧的作用更为显着。用实测的TBD620柴油机缸内压力示功图进行了柴油机低负荷工况燃烧放热规律的分析计算。在放热规律的分析计算中,以双韦伯函数对放热率曲线进行数学拟合,提出了通过理论分析和试验数据的回归计算获得进气涡流与放热规律曲线特征(韦伯)参数之间定量关系的方法,进而推导出适用于TBD620柴油机低负荷放热规律计<WP=6>算的特征(韦伯)参数的经验表达式。通过这些特征参数的变化,可由工作过程的模拟计算得到柴油机具体的性能参数,藉此分析和判断柴油机燃烧过程的优劣。低负荷工况的燃烧放热规律计算结果表明, 通过自动关闭直流气道,有效防止了因混合气过稀可能出现的不稳定着火现象,而较强的进气涡流则加速了油气混合过程,从而进一步提高了油气混合的质量,导致预混燃烧量增大,最终使柴油机低负荷燃烧性能得以改善。建立了TBD620柴油机低负荷工况的燃烧模型, 即多元非线性规划模型。其建模和求解方法简单,实测放热率曲线和拟合曲线十分接近。运用该模型可以预测低负荷工况下任意一个工况的放热规律,这对于分析柴油机的低负荷性能具有重要的作用。
吴新潮[3]2007年在《满足国3排放的电控喷射单燃料CNG发动机开发和燃烧性能的研究》文中指出随着汽车工业的发展,研发节能、环保和安全技术成为关键问题。本文根据我国和国外天然气发动机技术应用的经验,结合东风汽车公司承担的国家“十五”清洁汽车关键技术专题项目“电控喷射单燃料CNG公交车的研究开发”课题,提出了EQD180N-30 CNG发动机”研究开发方案,进行了工作过程的模拟计算和燃烧分析。开发出满足国3排放的电控喷射燃料CNG发动机。本文首先综述了天然气汽车发展的历史,详细地研究了国内外天然气发动机的分类和技术特点。在分析国内外天然气发动机技术的基础上,提出了满足国3排放的电控喷射单燃料CNG发动机开发方案;以EQD180-20柴油机为基础机型,在基本不改变原机结构的前提下,对燃烧系统、进排气系统(包括进、排气道)、气缸盖、活塞和增压中冷系统进行相应的变型设计;采用稀薄燃烧、增压(空-空)中冷、低涡流燃烧系统、电控分组点火、开环控制、电控CNG喷射系统和氧化型催化器等技术,降低排放,保持天然气发动机的动力性和经济性。本文对缸内燃烧进行了一维的数值模拟分析,研究压缩比、点火提前角和进气门正时的影响;对CNG发动机的工作过程进行叁维数值计算,对缸内流动等内容进行系统研究;预测可靠性的薄弱环节,提出改进措施。本文提出CNG发动机电控系统匹配的基本策略。对天然气电控喷射系统进行试验优化匹配。进行氧化型催化转化器的性能试验。研制出点燃式电控喷射单燃料EQD180N-30CNG发动机,其性能和可靠性达到产品设计要求,排放满足国Ⅲ标准。本文探索和总结的东风天然气发动机开发流程、方法和经验,可为今后代用燃料发动机的开发提供借鉴和参考。
刘丽萍[4]2009年在《柴油机微粒过滤系统的研究》文中研究说明为满足日益苛刻的排放法规,仅凭机内净化措施来减少柴油机的微粒排放是极其困难的。另外,尽管机内净化技术使微粒物的质量排放总量得以削减,但微粒的个数却没有减少,而且生成了粒径更小的排放物。越来越多的研究表明,柴油车排放的小微粒对人体健康危害更大,而未来的法规很可能会对柴油机微粒物排放的数量进行限制。因此越来越多的国家关注机动车的小微粒排放,而微粒过滤器是未来解决小微粒排放问题的最有效措施之一。基于此点,本文围绕柴油机微粒过滤系统进行了如下研究:1.柴油机微粒过滤器对柴油机微粒组分特性影响的研究。运用自行设计、制作的柴油机微粒取样器,对未安装过滤器、安装袋滤器、安装陶瓷过滤器叁种情况下的柴油机排气微粒进行采集,分析柴油机工况对微粒组分特性的影响,以及微粒中可溶有机组分(SOF-Soluable Organic Fraction)中烷烃和芳香烃等成分的排放特性等。研究结果表明:在相同转速下微粒排放量随负荷的增加而增大。随着负荷的增加,微粒中SOF的百分含量在逐渐减少,不可溶有机成分(IOF-Insoluble Organic Fraction)的百分含量在逐渐增加。SOF的含量从低负荷时的15%到高负荷时的45%左右,其对微粒特性的影响不能忽略。微粒中可溶性有机物SOF中正烷烃的总含量占到了70%～80%;支链烷烃的总含量在2%～22%之间;多环芳香烃的总含量在1%～13%之间。柴油机在不同运行工况下,其排出SOF碳原子数分布稍有不同。另外,袋滤器过滤后微粒中SOF的百分含量比陶瓷过滤器过滤后的略低:袋滤器过滤后微粒SOF中各组分百分含量均在20%以下,各组分过滤比较均匀;陶瓷过滤器过滤后个别工况个别组分的相对含量达到近40%;袋滤器对多环芳香烃的过滤效率要高于陶瓷过滤器。综合来看,袋滤器是一种过滤效果较好的后处理装置。2.柴油机排气微粒燃烧特性的分析研究。对采集的柴油机排气微粒,利用热重分析技术,研究了微粒在氧气浓度分别为10%、20%、30%,升温速率分别为10℃/min、20℃/min、30℃/min、40℃/min,微粒质量分别为＞5mg、3.5mg～3mg、＜1.5mg的燃烧性能。结果表明:微粒的燃烧明显分为挥发份析出(低温段)和固定碳(高温段)的燃烧两个阶段。低温段的失重占总失重的20%左右;高温段的失重占总失重的70%左右,说明微粒燃烧过程主要是固定碳的燃烧。氧气浓度较低的时候,燃烧需要较高的温度;反应温度较低的时候,需要较高的氧气含量。综合起来看,在氧浓度较低时,随着氧气浓度增大,燃烧性能呈现良好的趋势。但同时也表现出,氧气浓度为20%、30%时的情况比较接近,与氧气浓度为10%时的差距比较明显。说明提高空气中氧气浓度对微粒燃烧性能影响不大。另外研究还发现,当氧气浓度在20%、30%时的反应平均活化能为60kJ/mol左右。目前采用燃油添加剂可以使微粒的活化能降低到这个数值,也就是说如果用空气或含氧量更高的气体来做燃烧反应气氛的话,可以满足过滤器被动再生时对微粒活化能的要求。3.根据理想流体质点的声传播控制方程,建立了考虑流速、热传导和粘性时,微粒过滤器内的声传播控制方程。以此为基础,利用达西定律求解微粒过滤器相邻单元孔壁的压降,进而建立了微粒过滤器的传播常数和传递矩阵的计算模型。以此模型计算了发动机在特定工况下的插入损失,并和试验测量的数值进行了对比分析,验证了理论分析的正确性。4.建立了微粒过滤器气体流动的叁维数值模型。以κ-ε紊流模型理论为基础,把过滤单元作为多孔介质,模拟了袋滤器内的排气流动特性,并用FLUENT软件进行求解。最后将数值计算值与试验值进行对比,验证了所建模型的正确性。计算结果表明:在袋滤器内部,压力是层层递减的,而在过滤单元处突然降低,说明过滤单元是产生压力损失的主要原因。另外,入口壁面附近也是产生压力损失比较集中的一个位置。袋滤器结构参数会影响整个袋滤器的压力损失。5.设计了适用于固定式柴油机以及公交车等对场地要求不严的设备,利用袋滤器技术来控制微粒排放的固定式卸灰系统,解决了再生难的问题。
参考文献：
[1]. CIMS环境下柴油机螺旋进气道的CFD分析[D]. 张晓嘉. 昆明理工大学. 2002
[2]. 舰用大功率柴油机低负荷性能研究[D]. 常汉宝. 华中科技大学. 2004
[3]. 满足国3排放的电控喷射单燃料CNG发动机开发和燃烧性能的研究[D]. 吴新潮. 上海交通大学. 2007
[4]. 柴油机微粒过滤系统的研究[D]. 刘丽萍. 山东大学. 2009
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