本文關鍵詞：對置活塞二沖程柴油機噴霧過程的試驗研究與數值模擬

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【摘要】：對置活塞二沖程(Opposed-Piston Two-Stroke Engine,OP2S)柴油機由于其功率密度高、平衡性好、熱效率潛力高等特點,在如今對柴油機高強化、輕量化的需求背景下正在獲得越來越多國內外研究機構的重視。近年來針對OP2S柴油機增壓掃氣、換氣過程和缸內工作過程的研究已取得令人矚目的研究成果,但針對OP2S柴油機燃油噴霧組織過程的系統(tǒng)研究卻尚未廣泛開展。本文在此種背景下,以折疊曲柄式OP2S柴油機為研究對象,通過仿真與試驗手段相結合的方法,開展OP2S柴油機雙噴油器噴霧過程的研究,論文的主要研究工作如下:(1)本文對比分析了目前常用的幾類噴霧可視化測試技術,根據試驗要求選定紋影法進行噴霧可視化試驗。根據OP2S柴油機燃油噴霧組織方式的特點,開發(fā)了一個可實現雙噴油器噴霧碰撞的噴霧可視化試驗臺,分析了不同噴油器布置方案、噴射壓力以及噴射背壓對噴霧空間分布的影響規(guī)律研究,同時為之后的仿真研究提供噴霧模型校核;(2)基于OP2S柴油機的結構特點和工作原理,建立發(fā)動機缸內工作過程三維CFD仿真模型,根據噴霧可視化試驗和整機性能試驗結果校核仿真模型;(3)根據對發(fā)動機宏觀噴霧特性和微觀噴霧特性的討論分析,提出根據噴霧的貫穿距離以及空間擴散率評價噴霧空間發(fā)展擴散能力,根據噴霧SMD、燃油蒸發(fā)率評價噴霧的蒸發(fā)霧化速率以及根據空氣利用率、混合氣當量比分布評價油氣混合質量的研究方法,完善了OP2S柴油機噴霧過程的評價指標;(4)分別研究了噴油器布置方式、噴射壓力和背壓對OP2S柴油機缸內噴霧的發(fā)展、破碎、霧化、蒸發(fā)以及擴散過程的影響規(guī)律。根據研究結果和OP2S柴油機結構特點確定OP2S柴油機噴霧組織策略,并在此基礎上探索不同的噴孔油束夾角對噴霧發(fā)展、霧化和與空氣的混合過程的影響規(guī)律,最終確定一個最佳的噴油器油束夾角方向使發(fā)動機獲得良好的霧化混合質量和燃燒品質;(5)根據OP2S柴油機利用非對稱掃氣腔的進氣口傾角在缸內形成斜軸渦流組織氣流運動的特點,以噴霧空間擴散、油氣混合質量和速率以及燃燒品質為優(yōu)化目標,研究不同口傾角對噴霧發(fā)展、霧化及與空氣的混合過程的影響,最終得到最優(yōu)的進氣口傾角。本文基于以上研究對OP2S柴油機缸內噴霧過程進行探索,為折疊曲柄式OP2S柴油機燃油噴射系統(tǒng)的設計提供指導依據。
【關鍵詞】：對置活塞 二沖程 噴霧過程 噴霧霧化 可視化
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK421
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 對置活塞二沖程柴油機研究現狀11-13
• 1.2.1 發(fā)展歷程11
• 1.2.2 國外研究現狀11-12
• 1.2.3 國內研究現狀12-13
• 1.3 雙噴油器碰撞噴霧研究概述13-20
• 1.3.1 數值模擬方法13-14
• 1.3.2 可視化試驗方法14-20
• 1.4 研究意義及內容20-22
• 第2章 噴霧可視化試驗臺的開發(fā)22-34
• 2.1 試驗裝置22-31
• 2.1.1 概述22-23
• 2.1.2 定容燃燒彈23-25
• 2.1.3 進排氣系統(tǒng)25-26
• 2.1.4 高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)26-27
• 2.1.5 光學紋影高速攝影系統(tǒng)27-30
• 2.1.6 控制系統(tǒng)與圖像采集系統(tǒng)30-31
• 2.2 試驗誤差分析31-33
• 2.2.1 物體成像誤差31-32
• 2.2.2 光學系統(tǒng)誤差32-33
• 2.2.3 測量誤差33
• 2.2.4 隨機誤差33
• 2.3 本章小結33-34
• 第3章 對置活塞二沖程柴油機的仿真建模34-57
• 3.1 對置活塞二沖程柴油機結構特點及工作原理概述34-37
• 3.1.1 對置活塞二沖程柴油機結構特點34-35
• 3.1.2 對置活塞二沖程柴油機缸內噴霧過程的特點分析35-37
• 3.2 數值模擬方程及模型37-49
• 3.2.1 基本控制方程37-39
• 3.2.2 湍流運動模型39-41
• 3.2.3 噴霧模型41-48
• 3.2.4 燃燒模型48-49
• 3.3 CFD仿真模型的建立49-56
• 3.3.1 定容燃燒彈的CFD仿真建模50-53
• 3.3.2 對置活塞二沖程柴油機的CFD仿真建模53-56
• 3.4 本章小結56-57
• 第4章 對置活塞二沖程柴油機噴霧特性研究57-95
• 4.1 噴霧特性分析57-61
• 4.1.1 噴霧宏觀特性57-60
• 4.1.2 噴霧微觀特性60-61
• 4.2 對置活塞二沖程柴油機噴霧特性影響規(guī)律分析61-82
• 4.2.1 噴油器布置方式的影響規(guī)律分析61-69
• 4.2.2 噴射壓力的影響規(guī)律分析69-75
• 4.2.3 噴射背壓的影響規(guī)律分析75-82
• 4.3 噴霧方向的優(yōu)化匹配分析82-93
• 4.3.1 γ角的影響規(guī)律分析83-88
• 4.3.2 θ角的影響規(guī)律分析88-92
• 4.3.3 噴霧方向夾角的優(yōu)化選取92-93
• 4.4 本章小結93-95
• 第5章 對置活塞二沖程柴油機噴霧混合及燃燒過程研究95-107
• 5.1 內燃機缸內流動形式及其評價指標95-97
• 5.2 對置活塞二沖程柴油機的缸內流動組織97-101
• 5.2.1 對置活塞二沖程柴油機缸內氣流運動的組織方法97-99
• 5.2.2 缸內流動組織的影響規(guī)律研究99-101
• 5.3 缸內流動對混合氣形成和燃燒過程的影響101-106
• 5.3.1 缸內流動對油氣混合過程的影響102-104
• 5.3.2 缸內流動對燃燒過程的影響104-106
• 5.4 本章小結106-107
• 結論107-111
• 全文總結107-109
• 創(chuàng)新點109
• 工作展望109-111
• 參考文獻111-117
• 攻讀學位期間發(fā)表的論文與研究成果清單117-118
• 致謝118-119

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本文編號：833084