毕业设计（论文）柴油机低介质密度条件下壁面液膜燃烧机理研究.docxVIP

摘要我国高原地区分布较广。其中，海拔高度在1000m以上的高原面积超过我国国土面积的三分之一。相比平原，高原地区大气压力低、空气密度低、温度低，导致燃油喷雾撞壁现象加剧，造成附壁燃油堆积及蒸发滞后，导致后燃严重、燃烧恶化，对柴油机动力性、排放性、经济性、可靠性和耐久性能的影响较大，从而不利于柴油机在高原地区的正常工作。基于上述背景，开展低介质密度条件（高原环境）下柴油机壁面液膜燃烧机理研究，具有重要意义。本文以某型柴油机为研究对象，进行了模拟某型柴油机在不同海拔下缸内介质热力状态的定容弹近壁液膜宏观特性可视化试验研究，进行了定容弹壁面液膜特性的数值仿真研究，研究了海拔和喷油压力对柴油机壁面液膜燃烧特性的影响。本文的主要工作及研究成果如下：一、开展了模拟不同条件下的定容弹近壁液膜宏观特性可视化试验通过喷雾撞壁可视化试验研究了海拔、喷油压力、喷孔直径、撞壁角度和撞壁距离等因素对壁面液膜宏观特性（喷雾撞壁扩散直径）的影响作用，拟合了计算喷雾撞壁扩散直径的经验公式，并根据该经验公式分析总结了上述各因素对扩散直径的影响规律。研究结果表明：（1）定容弹背压越低（海拔越高）、喷油压力越高、喷孔直径越大、撞壁角度越小及撞壁距离越小，液态燃油发生撞壁的时间越早，最大扩散直径也越大。（2）喷雾撞壁扩散直径的经验公式比较准确地预测了扩散直径随上述影响因素的变化趋势。二、开展了定容弹壁面液膜特性的数值仿真研究利用FIRE开展了模拟定容弹撞壁喷雾及壁面液膜特性的三维数值计算研究。研究了海拔（定容弹背压）和喷油压力对空间燃油蒸发量、撞壁燃油的质量、附壁燃油量、附壁液膜面积及厚度的影响规律，并对比分析了喷雾撞壁扩散直径与壁面液膜面积之间的联系。研究结果表明：（1）海拔越高（定容弹背压越低），空间燃油蒸发量越少，撞壁燃油的质量、壁面液膜的质量、壁面液膜的面积及壁面液膜厚度越大。（2）喷油压力越高，空间燃油蒸发量越大，撞壁燃油质量、壁面液膜的质量、壁面液膜的面积及壁面液膜厚度越小。（3）同一工况下，喷雾撞壁扩散直径的试验值与壁面液膜面积的变化均保持趋势一致。三、开展了柴油机壁面液膜燃烧机理的数值仿真研究利用FIRE开展了柴油机壁面液膜燃烧机理的三维数值仿真研究。通过分析缸内流场、温度场、油气混合、空间燃油量、附壁燃油量及燃烧放热的特性，研究了海拔和喷油压力这两个重要参数对柴油机壁面液膜燃烧机理的影响，所得结论如下：（1）海拔越高，缸内空间油气混合质量越差，空间燃油蒸发量越小，燃油撞壁时刻越提前，撞壁燃油量、附壁燃油量、液膜面积、液膜厚度越大，液膜蒸发速率越慢，第一阶段放热越少、第三阶段放热越多，燃烧恶化越严重。（2）喷油压力越高，燃油蒸发速率越快，空气与燃油的混合越均匀，最大空间燃油蒸发量越少，但喷油压力80MPa下最大空间燃油蒸发量和60MPa差异较小，相差4.8mg。喷油压力越高，燃油开始发生撞壁的时刻越提前，撞壁燃油量、附壁燃油量、液膜面积、液膜厚度越大，但80MPa下最大附壁燃油量仅比60MPa多2.2mg，该值约占总喷油量的0.9%。喷油压力越高，滞燃期越短，燃烧持续时间越长。可见，喷油压力并非越大越好，适当增加喷油压力可以优化燃烧，本文中喷油压力选择80MPa可以改善燃烧。关键词：柴油机，燃烧，低介质密度，壁面液膜，海拔ABSTRACTThe plateau region in China is widely distributed, and the area of more than 1000m above sea level accounts for over 1/3 of the national land area. Compared with the atmospheric pressure, air density and temperature in the plain, they are lower in the pleatue, leading to the fuel spray hitting wall, and then resulting in wall fuel accumulation and evaporation delay, which leads to more serious post combustion. In view of the above problems, it is very important to study the combustion mechanism of liquid film on the wall in the diesel engine under the conditions of low density environment (plateau environment).