【摘 要】
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随着国家各行业飞速发展,动力设备的进步在其中发挥了重要作用。在众多动力机械中,柴油发动机因其极高的热效率和能源利用率,在能源行业应用广泛;也因其扭矩大、功率范围广等优点,在重型动力设备中难以被替代。近年来我国出台了一系列节能减排政策,提高了二氧化碳等污染物的排放标准,因此对柴油发动机进行优化改良变得极为重要。然而柴油发动机缸内燃烧状况复杂多变,燃烧机理尚不明晰,要进一步提高柴油发动机效率,降低污染
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随着国家各行业飞速发展,动力设备的进步在其中发挥了重要作用。在众多动力机械中,柴油发动机因其极高的热效率和能源利用率,在能源行业应用广泛;也因其扭矩大、功率范围广等优点,在重型动力设备中难以被替代。近年来我国出台了一系列节能减排政策,提高了二氧化碳等污染物的排放标准,因此对柴油发动机进行优化改良变得极为重要。然而柴油发动机缸内燃烧状况复杂多变,燃烧机理尚不明晰,要进一步提高柴油发动机效率,降低污染物排放,需要加强对柴油发动机缸内局部燃烧规律以及燃烧强度描述等相关研究。现有研究表明,在航空发动机等燃烧设备中有较合适的燃烧强度描述参数,而柴油发动机缸内燃烧更为复杂,没有与之相应的燃烧强度描述参数。本文通过对现有燃烧强度参数分析研究,提出新的燃烧强度描述参数,并使用KIVA-3V燃烧开源程序对1105型柴油发动机进行数值仿真,得到燃烧强度在燃烧室内的分布规律。最后分析了缸内气流运动对速度场、反应物浓度场及局部燃烧强度的影响,为揭示柴油发动机缸内燃烧机理提供基础。得到的主要结论如下:（1）总燃烧强度Cs从喷油起始时刻开始急速升高,在3°CA时刻时到达最大值8.02,随后快速下降,排气门开启时总燃烧强度约为0.04。完成度Ct从喷油开始快速增加,曲轴转角在30°CA时刻燃烧完成度已到达87.4%,排气门关闭时刻完成度为97.7%。（2）在径向观测线上燃烧强度Ci主要分布在距离气缸轴线0.5cm位置及2.0cm和壁面附近;周向观测线上燃烧强度主要分布在30°、60°、120°、150°、210°、240°、300°以及330°八个位置,燃烧主要发生在喷油高浓度两侧。（3）在喷油期间,缸内各物质浓度及温度等参数呈4个周期分布,且CO2浓度是H2O浓度的2.2倍;除燃油浓度和局部燃烧强度外,其他参数向涡流运动偏移,且越靠近壁面,偏移越明显。（4）曲轴转角-5°CA时刻速度场在射流运动和涡流运动作用下,在喷射区域形成沿涡流运动偏向气缸壁面和底部的合速度;TDC时刻喷油区两侧流体向喷油区流动,并在涡流下游及射流上下两侧形成回旋流动;5°CA时刻回旋流动减弱,且喷油区下游位置不再向喷油区流动;10°CA时刻在垂直观测面形成与喷油期间方向相反的回旋运动,水平观测面只受涡流运动影响。（5）燃油高浓度和氧气低浓度区域受到射流和涡流运动影响向速度矢量方向加速传播;喷油期间在燃烧反应作用下,氧气低浓度区比燃油高浓度形状相似且范围更大;喷油期内在水平观测面氧气低浓度区域受回旋流动影响向喷油区涡流下游位置汇集。（6）喷油期间燃油各方向流量决定了局部燃烧强度的分布区域及发展方向,氧气各方向流量决定了局部燃烧强度大小。曲轴转角10°CA时,在垂直观测面上的燃烧主要发生在氧气各方向流量与燃油各方向流量形成相对流动面上,并在受气流卷吸区域有微弱燃烧;水平观测面燃烧主要受燃油各方向流量影响,氧气各方向流量对燃烧强度影响较小。
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