缸内气流运动对直喷汽油机燃烧过程的影响研究开题报告..docVIP

缸内气流运动对直喷汽油机燃烧过程的影响研究 毕 业 设 计 开 题 报 告 1．选题依据： 设计内容：内燃机缸内气流运动是影响发动机燃烧过程的重要因素之一,因而也影响着发动机的动力性、经济性和排放性。因此,对内燃机缸内空气运动的研究将为改善燃烧过程,提高内燃机性能提供重要的理论依据。本文设计主要利用三维软件进行汽油机燃烧室建模并利用三维流体软件AVL-Fire对工作模型进行仿真，从而了解缸内直喷汽油机工作过程和影响气流运动的主要因素等，以及分析不同进气方式、不同燃烧室结构和不同的进气速度对发动机缸内工作特征和排放特性。 国内外文献对缸内气流运动对直喷汽油机燃烧过程的影响的综述： ① 国内山东大学能源与动力工程学院利用数值模拟技术研究缸内气流运动燃烧过程的影响,模拟了带有不同进气道的2种燃烧系统.模拟结果表明:进气过程所产生的气流运动状况影响压缩上止点附近的最终动量矩及涡流运动的中心;缸内涡流运动能够维持到压缩上止点附近,压缩冲程后期燃烧室内湍流强度增大的主要原因是大尺度的滚流破碎成众多小尺度的涡流;缸内涡流中心的位置靠近气缸中心有利于火焰沿径向均匀传播[1]；重庆大学机械工程学院利用计算流体力学（CFD）软件Fire对汽油机进气道及缸内流场进行了稳态及瞬态的三维数值模拟计算，采用动网格技术快速生成计算网格，瞬态模拟给出了缸内速度场和湍动能场，获得了较详细的流场信息。研究结果显示气道结构设计合理，缸内流场中出现明显的滚流，进气引起的明显滚流维持到了压缩终点，且高湍动能区位于火花塞附近，有利于火焰传播[2]；聊城大学汽车与交通工程学院在内燃机工作过程中,气流运动占有十分重要的地位。组织良好的气流运动是改善燃烧过程、提高热效率和降低排放的有效途径。数值模拟方法因具有费用低、周期短、信息量大,能充分反映几何形状的影响程度等特点,被广泛地应用于内燃机气体流动方面的研究。本文概述了内燃机机内气体流动数值模拟的国内外研究现状,指出了目前的数值模拟技术还没有真正达到用于优化设计结构的程度,提出了气体流动数值模拟今后研究的方向[3]。天津大学内燃机研究所运用基于双特征角的气道稳流测试系统,对四气门电喷汽油机缸内不同测试平面内的气流运动进行了试验、分析及评价。引入特征矢量的概念,利用缸内滚流运动矢量轨迹图及不同气门升程下发动机缸内气流运动特征矢量表,分析了缸内不同气流运动形式的气流强度、作用平面、矢量方向,宏观地反映了缸内气体流场的运动特性及分布规律。在发动机进气系统的优化过程中,为组织缸内气流最优化作用区域及适当强度的气流运动,改善汽油机性能提供了新的方法和全面的数据依据[4]。 ②国外文献的综述： 从20世纪70年代起，国外在内燃机缸内气体流动的多维数值模拟方面作了大量的研究工作，使其逐渐完善，对缸内流场的数值模拟越来越准确。 1973 年，Watkins 首次采用了有限差分法来求解层流流动的方程组[5]。1984 年Gosman 和 Watins 等人对发动机中空气流动进行了三维数值模拟计算，采用了 k ?ε双方程模型，研究了燃烧室形状对空气流动的影响，并将计算结果与试验进行了比较。1987年，Gosman 和 Abmed 对轴对称进气道－气门－气缸内稳态流动进行了实验和计算研究 [6]。 在 20 世纪 80 年代末期，出现了对模型为进气道－气门－气缸的缸内气体流动三维数值模拟研究的高潮。Shigeki Sugiura 等人通过分别对切向进气道－气门－气缸内气体进行二维和三维稳态流动的数值模拟计算，来研究进气系统几何形状对质量流量和流型的影响[7]。由数值计算结果得到：在计算模型带有气门杆时，模拟的质量流量计算值与实际测量值吻合度很高；但如果计算模型不带气门杆，那么质量流量计算值要比实际测量值偏高 4.5％～11％。因此，对进气过程模拟的计算模型必须加上气门才能得到与实际相吻合的更有价值的结果。1990 年，Ken Naitoh 等人采用 SIMPLE 和 ICE 方法分别对 2 气门和 4 气门发动机进气道和缸内气体的三维流动进行了数值模拟计算，并且在模拟中考虑到了气门和活塞位置的变化，并反映了流动现象的复杂性[8]。数值模拟计算结果的分析进一步揭示了内燃机机内气体流动的复杂性。1994 年，Bahrain 等人采用自行开发的 CFD 程序对平螺旋状燃烧室内燃机的进气道－气门－气缸内耦合流动结构进行了多维模拟[9]。同年，Pierre Godrie 和 Mark Zellat 在直气道和螺旋气道上进行了稳态流动模拟，流量系数和缸内速度场与实验结果表现出较好的一致性，并分析了稳态流动模拟所观察到的涡流的产生机理[10]。1995 年，Kang Y．Huh 等人采用修改过的 KIVA-II对稳态流动和运行工况下内燃机进气道－