【摘 要】
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柴油机是一种热能转化为机械能的动力装置,其有热效率高、结构紧凑、动力性强、运行维护简便等各种独特的优点。内燃机缸内燃烧过程及局部对流传质强度的研究对内燃机的设计和改进有着非常重要的作用。近年来随着计算机性能的提高,数值计算较为普遍的出现在各类型的科学研究中,由于不受时空限制,因而造就数值模拟成为内燃机缸内工况研究的主流手段,部分程度上替代了内燃机台架试验。论文对直喷化1105型柴油机进行数值模拟,
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柴油机是一种热能转化为机械能的动力装置,其有热效率高、结构紧凑、动力性强、运行维护简便等各种独特的优点。内燃机缸内燃烧过程及局部对流传质强度的研究对内燃机的设计和改进有着非常重要的作用。近年来随着计算机性能的提高,数值计算较为普遍的出现在各类型的科学研究中,由于不受时空限制,因而造就数值模拟成为内燃机缸内工况研究的主流手段,部分程度上替代了内燃机台架试验。论文对直喷化1105型柴油机进行数值模拟,首先进行KIVA-3V程序内燃机工作过程仿真的准确性考核,在考核的基础上应用程序进行内燃机缸内仿真,获得燃油喷射图、缸内平均压力、平均温度随曲轴转角变化的曲线图,内燃机缸内温度场、速度场、浓度场的分布情况及各组分随曲轴转角变化的曲线图。从云图和曲线变化趋势定量和定性分析内燃机缸内各物理量的分布和变化情况。基于对二组份质通量对流传输方程的理解,推导得出适用于内燃机这种伴随有化学反应的多组份系统的质通量对流传输方程。基于此方程,使用FORTRAN语言编制KIVA-3V接口程序,计算出组分O2、NOx、CO在部分曲轴转角下的局部质通量分布,相应曲轴转角下速度和速度梯度对质通量传输的贡献。论文分别得出缸内燃烧开始前到排气结束时刻组分O2、NOx、CO的局部质通量场,并获得在相应曲轴转角下速度和速度梯度对质通量传输的贡献。分析得出局部质通量分布为:（1）0°CA时,燃油喷束对应的局部区域内燃烧剧烈,该区域O2浓度梯度较大,O2通量传输明显且数值大,方向:高浓度区指向低浓度区。燃烧室中心和燃油喷束对应区域的外围局部空间O2浓度分布较均匀,O2通量几乎为0。100°CA时,O2通量分布相对均匀,通量分布由燃烧室凹坑向其中心有明显的汇集趋势,方向:由周向壁面指向燃烧室轴线方向。（2）高温区对应NOx高浓度区,此区域与NOx低浓度区的过度区域处浓度梯度大,NOx质通量较大。方向:NOx浓度降低的方向,燃油喷束区域指向缸盖底部、燃烧室周向及底部壁面。（3）燃烧室中心区域和燃油喷束对应区域有较大的CO质通量分布,方向:燃油喷束对应的空间指向燃烧室其他空间。分析得出速度对质通量传输的贡献为:（1）速度对O2通量传输的贡献,燃烧室中心空间区域贡献分布密集,伸缩区内气缸中心附近的空间区域弱,靠近壁面的区域强,方向:由燃烧室中心指向四周,呈辐射状。（2）速度对NOx和CO通量传输的贡献在燃油喷束区强,低浓度区弱,且由燃烧室中心区域向四周壁面减弱,方向:高浓度指向低浓度区域。分析得出速度梯度对质通量传输的贡献为:（1）速度梯度对O2通量传输的贡献在燃烧室中心空间区域贡献强,其他区域弱。伸缩区内:靠近壁面的区域贡献强,气缸轴线到壁面较大半径的区域贡献弱,方向:沿着周向旋转。（2）整个燃烧室内燃油喷束区速度梯度对NOx和CO质通量传输的贡献大,燃烧室中心区域强,其他区域弱,并呈现由燃烧室中心区域向四周减弱的特性,方向:高浓度指向低浓度区域。
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