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直喷式柴油机双层分流燃烧系统研究

作　者: 陈火雷
导　师: 隆武强
学　校: 大连理工大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 柴油机双层分流碰撞喷雾燃烧系统数值模拟
分类号: TK421
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

直喷式柴油机的燃烧过程和排放特性,主要取决于气缸内混合气的形成质量。燃烧室结构形式与燃油喷雾之间的匹配关系是燃烧室内混合气形成的关键因素,合理利用柴油机中普遍存在的喷雾撞壁现象能够改善喷雾的空间分布和燃油的雾化效果,促进油气的快速混合与燃烧。基于喷雾撞壁导向和燃油空间雾化的原理,提出了一种新型直喷式柴油机双层分流燃烧系统,并对该系统进行了模拟及实验研究。本文主要开展了如下研究工作：(1)提出了一种直喷式柴油机双层分流燃烧系统,通过在直喷式柴油机燃烧室内设置碰撞台将燃烧室分成上下两层,上层部分的直径大于燃烧室下层直径,从而减少了气缸顶隙容积。燃油喷射过程中油束撞击到碰撞台上,在导向面和剥离弧面的作用下,迅速向燃烧室上层和下层分流,避免了燃油在落点附近的堆积,加速了混合气的形成。(2)利用AVL FIRE v2008软件对提出的双层分流燃烧系统缸内混合气的形成过程、气体流动过程及燃烧过程进行了数值模拟,并与原机ω型燃烧室进行了对比。模拟结果显示,双层分流燃烧系统,能有效促进均质混合气的形成,通过上下两层的同时燃烧,提高了缸内空气利用率,改善了缸内混合气的燃烧质量。(3)在单缸135柴油机上对直喷式柴油机双层分流燃烧系统进行了发动机性能实验。分析比较了不同喷油压力、不同喷油提前角、不同孔数喷油嘴、不同油嘴伸出长度等参数对双层分流燃烧系统燃烧与排放特性的影响。(4)对双层分流燃烧系统和原机燃烧系统进行了性能比较。采用8×0.16×150。喷油嘴,油嘴伸出长度为1.4mm,喷油压力为110MPa,喷油提前角为9°CA情况下,双层分流燃烧系统的油耗率和碳烟排放均低于原机燃烧系统, NOx排放量高于原机燃烧室。100%负荷时,油耗率降低了7.7g/(kW.h),碳烟降低了O.llBSU, NOx排放增加了120ppm。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 发动机排放控制法规  9-11
  1.2 柴油排放物生成机理和控制措施  11-16
    1.2.1 NO_x排放的生成机理和控制措施  12-15
    1.2.2 微粒排放的生成机理和控制措施  15-16
  1.3 本文研究内容  16-18
2 直喷式柴油机双层分流燃烧系统  18-30
  2.1 碰撞喷雾  18-25
    2.1.1 碰撞喷雾概述  18-20
    2.1.2 碰撞喷雾的应用  20-25
  2.2 直喷式柴油机双层分流燃烧系统  25-29
    2.2.1 直喷式柴油机双层分流燃烧系统的提出  25-26
    2.2.2 双层分流燃烧系统的设计思想  26-27
    2.2.3 双层分流燃烧系统的参数设计  27-29
  2.3 本章小结  29-30
3 柴油机双层分流燃烧系统的数值模拟  30-48
  3.1 柴油机数值模拟  30-37
    3.1.1 柴油机数值模拟的发展  30-31
    3.1.2 基本控制方程  31-33
    3.1.3 喷雾模型  33-36
    3.1.4 燃烧过程子模型  36-37
  3.2 三维CFD建模  37-42
    3.2.1 计算对象  37-38
    3.2.2 模型的建立  38-39
    3.2.3 网格划分  39-41
    3.2.4 初始计算参数确定  41-42
    3.2.5 模型验证  42
  3.3 双层分流燃烧系统模拟  42-47
  3.4 本章小结  47-48
4 直喷式柴油机双层分流燃烧系统实验研究  48-66
  4.1 实验条件及实验设备  48-50
  4.2 实验方案  50
  4.3 原机燃烧系统实验研究  50-56
    4.3.1 高压共轨系统标定  50-54
    4.3.2 原机燃烧系统实验结果和分析  54-56
  4.4 双层分流燃烧系统实验研究  56-64
    4.4.1 试验结果和分析  56-63
    4.4.2 双层分流燃烧系统与原机燃烧系统性能比较  63-64
  4.5 本章小结  64-66
5 总结与展望  66-68
  5.1 总结  66-67
  5.2 展望  67-68
参考文献  68-71
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  71-72
致谢  72-73

直喷式柴油机双层分流燃烧系统研究

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