基于燃烧过程的高强化柴油机燃烧室结构与喷油参数匹配研究

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现代高强化柴油机的转速高、燃油喷射量大,因此需要在极短的时间内完成燃油的喷射、破碎、雾化、蒸发和混合过程。为了加快高强化柴油机缸内混合气形成的速率,提高混合气形成的均匀性,改善燃烧过程,一方面可以加大燃油喷射压力,提高燃油的雾化程度。另一方面需要对高强化柴油机的燃烧室形状和燃油喷射参数进行合理匹配。本文以高强化单缸柴油机为研究对象,基于燃烧过程的改善来提升其动力性能,本文采用AVL-FIRE进行数值模拟计算,研究了燃烧室形状和燃油喷射参数对高强化柴油机性能的影响。主要研究内容如下:(1)本文首先建立了单缸高强化柴油机的仿真计算模型,初始条件通过一维仿真获得,边界温度采用经验值。并将仿真缸压曲线与试验缸压曲线进行对比,最大误差低于3%。(2)在压缩比恒定的前提下,通过改变燃烧室结构参数(缩口直径、凸台高度、缩口深度)得到形状不同的燃烧室,对各燃烧室进行仿真计算,分析各结构参数对缸内燃烧过程的影响。结果表明:适当减小缩口直径、增大凸台高度能够增强缸内的湍流运动,改善燃烧,提升动力性能。通过改变燃烧室结构,指示功较原机的最大增幅达到了1.8%。(3)选取不同的喷油提前角进行缸内燃烧仿真,结果表明:随着喷油时刻的提前,指示功先升高后降低,喷油提前角为14°CA BTDC时,指示功最大,较原机提升了2.2%。选用合适的喷油提前角能够实现对燃烧相位的调整,使燃烧过程在合理的曲轴转角范围内进行,进而提高热效率,提升动力性能。(4)分别调整油嘴伸出高度、油束夹角进行仿真计算,结果表明:随着油嘴伸出高度的增加,动力性提升,采用1.5mm的油嘴伸出高度时,动力性较原机提升了2.72%;油束夹角的变化会导致喷雾轴向分布以及燃料着壁后运动趋势的变化。油束夹角过大和过小动力性能都有所下降,153°油束夹角时,指示功最大,较原机提升2.72%。(5)在喷孔总流通面积恒定的情况下,改变喷孔个数进行仿真。结果表明:喷孔数的变化会导致喷雾周向分布、贯穿距离以及索特平均直径的变化。喷孔数过多或过少都不利于动力性的提升,当喷孔数为12时,指示功最大,较原机提升2.72%。
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