基于AVL-Fire 的柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒仿真模擬論文
1、氣缸內(nèi)網(wǎng)格劃分與計(jì)算模型選取
1.1 三維模型的建立及網(wǎng)格劃分
根據(jù)某柴油機(jī)的實(shí)際形狀，以Fire軟件中的ESE Diesel模塊為平臺，適當(dāng)簡化建立燃燒室的二維平面模型，由于活塞是對稱形狀，燃燒室的一半：使用Fire軟件ESE Diesel模塊生成網(wǎng)格，網(wǎng)格質(zhì)量較高。ESE Diesel模塊會根據(jù)需要對燃燒室部分區(qū)域網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化，以達(dá)到較好的計(jì)算效果，三維立體動網(wǎng)格由平面網(wǎng)格旋轉(zhuǎn)得到，所選柴油機(jī)是四孔噴油器，為了簡化計(jì)算模型，取整個(gè)燃燒室的1/4為計(jì)算域，網(wǎng)格數(shù)為31324 個(gè)。
1.2 計(jì)算模型的選取
計(jì)算模型的選取對于計(jì)算結(jié)果具有重要的影響，本文湍流模型選擇的是K-Zeta-F雙方程湍流模型，燃燒模型選擇Coher-ent Flame Model，噴霧破碎模型采用WAVE離散模型，碰壁模型選擇Walljet1，噴油提前角為20°，噴油持續(xù)角為15°，以壓縮上止點(diǎn)為720°，計(jì)算曲軸轉(zhuǎn)角范圍為540~800。
2、計(jì)算結(jié)果及分析
分別選取714°和720°曲軸轉(zhuǎn)角的云圖，分析其速度場、溫度場和壓力場。
2.1 速度場分布
714°曲軸轉(zhuǎn)角，噴油油束中心區(qū)域呈現(xiàn)高速，向外圍速度逐漸減弱，噴霧油束及火焰碰到活塞壁面后，向周邊擴(kuò)散，也呈現(xiàn)較高的流速，而處于氣缸中心軸線附近區(qū)域，流速相對較低;720°曲軸轉(zhuǎn)角，燃油噴霧已經(jīng)結(jié)束，氣缸內(nèi)流體流速整體降低，最高速度出現(xiàn)在燃燒室凹坑中心附近的火焰區(qū)，隨著火焰向周邊擴(kuò)散，速度逐漸降低。
2.2 溫度場分布
噴油器在700°時(shí)開始噴油，持續(xù)到715°，當(dāng)在714°的時(shí)候，噴霧火焰在碰壁后向活塞 w型凹坑處傳播，在活塞凹坑處形成濃混合氣，這個(gè)區(qū)域流體溫度最高，在噴霧火焰燃燒經(jīng)過的區(qū)域溫度也較高，而在氣缸中心軸線附近以及活塞頂平面與氣缸蓋底部狹縫的邊緣處，由于噴霧火焰未能傳播到，流體溫度逐漸降低;720°曲軸轉(zhuǎn)角，活塞到達(dá)上止點(diǎn)，隨著燃燒的進(jìn)行，缸內(nèi)溫度進(jìn)一步升高，缸內(nèi)溫度分布呈現(xiàn)了新的變化，其中在活塞 凹坑上方，由于火焰碰壁后產(chǎn)生的反射與卷曲，在這一區(qū)域出現(xiàn)高溫，向四周溫度逐漸降低，其中在氣缸中心軸線附近以及活塞頂部平面與氣缸蓋底部狹縫靠近氣缸壁邊緣處，溫度相對較低。
2.3 壓力場分布
714°曲軸轉(zhuǎn)角，噴油器噴油已經(jīng)進(jìn)入末期，燃燒進(jìn)入速燃期，缸內(nèi)壓力的整體分布比較均勻，其中在燃燒室的截面突變處，產(chǎn)生局部高壓，在活塞頂部平面與氣缸蓋底部的狹縫區(qū)域，壓力較高，由于缸內(nèi)氣流運(yùn)動和截面突變處的節(jié)流作用，低壓區(qū)出現(xiàn)在了氣缸蓋底部燃燒室形狀變化較明顯處;720°曲軸轉(zhuǎn)角，活塞到達(dá)上止點(diǎn)，隨著燃燒的進(jìn)行缸內(nèi)壓力有了大幅度的提高，達(dá)到1.2177x107Pa，此時(shí)高壓區(qū)出現(xiàn)在活塞 形狀的凹坑處，向上部和氣缸中心區(qū)域流體壓力略有降低，但整個(gè)缸內(nèi)區(qū)域的壓力分布變化不大，比較均勻。
3、結(jié)束語
本文利用AVL Fire軟件對某柴油機(jī)的燃燒過程進(jìn)行了模擬計(jì)算，并在模型準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，分析了燃燒過程的速度場、溫度場和壓力場，模擬結(jié)果顯示：該燃燒室可以組織強(qiáng)烈的氣流運(yùn)動，燃油的霧化蒸發(fā)和燃燒迅速，缸內(nèi)壓力整體水平較高，但油束霧化不均勻，局部區(qū)域燃燒不充分等不足之處仍有待改進(jìn)。
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