6110柴油机喷雾过程的多维瞬态数值模拟研究

将柴油机全体燃烧室部件(气缸盖-气缸套-活塞组)作为一个耦合体,在对耦合体进行传热数值模拟的基础上得到喷雾过程缸内计算的壁面边界条件.利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE,在进气压缩过程多维瞬态数值模拟基础上,对6110柴油机喷雾过程进行多维瞬态数值模拟研究.通过计算,着重分析缸内两相流动,燃油喷射、雾化以及喷雾粒子的空间分布等.     

柴油机排气过程流动的多维瞬态数值模拟研究

柴油机排气过程气体的流动直接影响到排气管换热、发动机噪音、废气再循环系统设计等,对柴油机整体性能起着重要作用.因此,本文利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE,在进气压缩、喷雾燃烧过程多维瞬态数值模拟基础上,对柴油机排气过程流动进行多维瞬态数值模拟研究,通过计算给出排气过程中气体的流场分布,为柴油机排气系统的优化设计提供重要的理论指导.     

6110柴油机进气过程流动的多维瞬态数值模拟研究

柴油机进气过程中气体流动是强瞬变的非定常三维湍流运动,直接影响到充气效率、缸内气流状态及进气道和缸内壁面换热,因而也影响到燃油雾化、燃烧及有害废气生成等,对柴油机的动力性、经济性起着重要作用。因此,本文利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE对6110柴油机进气过程的气体流动进行多维瞬态数值模拟研究,通过计算可以得到不同时刻进气道和缸内流场分布,为柴油机进气系统的优化设计提供重要的理论依据。     

喷雾夹角对柴油机性能影响的数值模拟

为研究喷雾夹角对柴油机性能的影响,应用STAR-CD程序对不同喷雾夹角的燃烧过程进行三维数值模拟.计算结果表明喷雾夹角决定了油束在燃烧室的空间分布和燃油与壁面的碰撞参数,进而影响到燃油的雾化与燃烧.当碰撞距离增加,燃油雾化时间增加.当撞壁入射角度减小,燃油壁面涂布能力增强,促进燃油蒸发雾化.当油束将燃烧室有效容积等分时,油气混合均匀,具有良好的燃烧效果.     

Burgers方程的MPS-MAFL数值解法

使用一种粒子无网格线混合格式MPS-MAFL方法对Burgers方程进行了数值求解,给出了算法的详细过程对计算结果进行了分析,计算结果与解析解相吻合.进行了变参数初步计算,给出了在不同粒子数目及不同粒子作用半下的计算结果.计算表明,使用MPS-MAFL方法求解Burgers方程具有较高的通用性及稳定性,且方法简单易行.     

四缸柴油机冷却水套流动与传热仿真研究

冷却液的流动与传热性能对发动机工作产生重要影响.本研究以四缸柴油机冷却水套为研究对象,建立了简化几何模型.在对物理模型、边界条件分析的基础上,利用商用软件FLUENT进行流动与传热数值仿真研究,得到冷却水套传热特性参数和流场分布,并据此提出了针对此型发动机冷却水套结构设计的改进建议.     

汽车水泵性能三维数值模拟及结构改进

考虑到汽车水泵进出口管和蜗壳,对某型汽车水泵进行了全三维流场数值模拟.分析数值模拟结果与试验测试结果的差异,说明该水泵的蜗壳与叶轮不匹配,造成整机性能恶劣.对该泵内部的流场和总压变化过程的进一步分析,提出了减小叶轮出口安装角,扩大扩散管截面积,采用蜗壳高度渐变的改进措施.改进后的水泵进行整机模拟并进行性能预测,表明改进后的水泵性能大大改善.经过实验测试的结果与计算结果吻合,说明改进措施有效,数值计算模型合理.     

直喷式柴油机燃烧数值计算研究

以KIVA-3为计算平台,对4气门直喷式柴油机的早喷燃烧、预喷燃烧和传统燃烧三种燃烧方式工作过程进行了模拟计算,得以下结论:早喷燃烧方式因喷到缸壁的油量较多,受进气涡流影响较少,同时利用喷射效应改善缸内氧气分布,因此早喷燃烧比较完全。预喷燃烧方式仍以扩散燃烧为主,预喷油燃烧改变了主喷初期油注周围的组分分布与温度分布,从而改变主喷燃油的燃烧历程。进气涡流造成的缸内流场不均匀性是影响传统燃烧方式燃烧不完全的主要因素之一。     

磁绝缘传输线中心汇流区电子能量沉积及温度变化的数值模拟研究

介绍了实现高能电子轰击阳极表面产生的能量沉积及温度变化的数值模 拟理论及方法.构建了一个简单的束发射模型,初步验证了阳极表面电子能量沉积数值计算的准确性. 选取四层圆盘锥形磁绝缘传输线中心汇流区为模型, 对其工作过程中产生的阳极能量沉积及温度变化进行数值模拟,并 将模拟结果与国外相关文献的结论进行了对比,进一步证明了模拟的 准确性.对模拟结果进行了分析,探讨了模拟中结果产生的物理机理.     

多级轴流压气机全工况特性计算

本文使用三维粘性流动计算软件Fine／Numeca,对某十五级轴流压气机进行了内流流场和全工况特性的数值计算尝试。分析了该压气机在设计工况和非设计工况的性能,同时把整机计算结果和前七级叶片的计算结果进行了比较。计算结果表明,当计算的级数较少时,目前的软件和硬件平台可以比较合理地预测压气机的全工况特性;而当计算的级数较多时,准确的数值模拟仍需要更为准确的多级模型和数值方法。     

直喷式柴油机燃烧系统均匀优化设计的多维仿真研究

以直喷式柴油机的动力性和经济性为优化目标,对柴油机燃烧系统进行了基于均匀设计的多维仿真研究。通过回归分析的方法,综合考虑了柴油机的进气系统、喷油系统和燃烧室形状等参数,得到了燃烧系统参数的最优组合。结果表明:均匀设计法能以较少的仿真计算次数得到优化结果;通过回归分析和回归方程的分析得出,涡流比、油束夹角,以及涡流比和油束夹角的交互作用对柴油机的动力性和经济性影响最大;均匀设计的优化结果准确可靠,因此均匀设计法可以用于柴油机的多维仿真研究;涡流比和油束夹角的交互作用对油气混合有较大的影响。     

利用可调谐激光吸收光谱技术的柴油机排放温度测试研究

针对D4114B型柴油机排放尾气中的CO2气体开展测量研究,计算分析气体的体积分数以及温度。文中以可调谐半导体激光器吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)技术原理为基础,利用MATLAB中SIMULINK库中的各个模块,模拟尾气测量的实际过程。仿真结果显示,在模拟柴油机排放环境下,待测量气体CO2的温度仿真相对误差为0.03%。利用船用D4114B型柴油机进行验证实验,在其排气管上增添可视化窗口并安装相应测试系统,利用以半导体为工作介质的可调谐激光器作为激光光源,开展尾气排放中CO2气体温度的在线测试研究,测试相对误差小于4%。由上述研究结果可知,本文中利用SIMULINK搭建的模型所测得的温度值与实际柴油机尾气排放过程中的温度相差较小,因此,其仿真结果能够对柴油机排气测温提供一定的参考。     

柴油机进气道喷射甲醇的排放与经济性研究

在一台增压中冷的电控单体泵柴油机上采用柴油/甲醇组合燃烧（DMCC）方式进行排放特性与经济性试验研究。结果表明:采用DMCC方式能够大量减少NO_x排放,同时CO₂排放也有所降低。可以通过在排气管上加装氧化催化转换器（DOC）很好地清除掉DMCC方式增加的HC和CO排放,其催化效率在90%以上,比原机排放低很多,DMCC方式的甲醛排放比原机高,DOC对其催化率达98%,接近超低排放。DMCC模式外特性的热效率提高了7.607%,且存在一个最佳燃料匹配区间。     

基于DMCC发动机台架的甲醇-SCR催化还原NO_x的研究

为了验证合成气台架上组合式催化剂((Co-Mo)/Al2O3)优异的选择催化甲醇还原NO的性能,试验在一台由增压中冷,废气再循环的电控单体泵柴油机改造的DMCC发动机上实施。结果表明:提高甲醇喷射量和EGR率,推迟柴油喷射时刻均会改善甲醇-SCR的催化效率。甲醇最优喷射量受到HC减活化作用和HC完全氧化反应的控制。各工况下甲醇-SCR对PM排放的影响较小。DMCC发动机耦合甲醇-SCR系统可以实现NOx的超低排放。A25、A75和B75工况点下的NOx体积分数的最低值分别为64×10^-6、66×10^-6和47×10^-6。     

溶有CO2燃油发动机NOx和碳烟排放的数值研究

本文在KIVA程序的基础上,建立了溶有CO2燃油低温着火模型、碳烟模型,修改了油滴的蒸发模型,并根据实测数据对溶有CO2燃油在缸内的喷射、蒸发、燃烧和燃烧排放物的生成过程进行了数值模拟,溶气燃油喷射时CO2析出过程产生的"微爆"作用促进了燃油的雾化,计算表明溶气燃油喷射形成的可燃混合气分布更均匀,从而改善了缸内局部高温和氧浓度分布不均的条件,减少了NOx和炭烟的生成.     

3-D simulation of soot formation in a direct-injection diesel engine based on a comprehensive chemical mechanism and method of moments

Here, we propose both a comprehensive chemical mechanism and a reduced mechanism for a three-dimensional combustion simulation, describing the formation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), in a direct-injection diesel engine. A soot model based on the reduced mechanism and a method of moments is also presented. The turbulent diffusion flame and PAH formation in the diesel engine were modelled using the reduced mechanism based on the detailed mechanism using a fixed wall temperature as a boundary condition. The spatial distribution of PAH concentrations and the characteristic parameters for soot formation in the engine cylinder were obtained by coupling a detailed chemical kinetic model with the three-dimensional computational fluid dynamic (CFD) model. Comparison of the simulated results with limited experimental data shows that the chemical mechanisms and soot model are realistic and correctly describe the basic physics of diesel combustion but require further development to improve their accuracy.     

Simulation of diesel spray combustion using LES and a multicomponent vapourisation model

Diesel spray and combustion in a constant-volume engine cylinder was simulated by a large eddy simulation (LES) approach coupling with a multicomponent vapourisation (MCV) modelling. The simulation focused on the inclusion of the interaction between fuel spray and gas-phase turbulence flow at the sub-grid scale. The LES was based on the dynamic structure sub-grid model, and an additional source term was added to the filtered momentum equation to account for the effect of drop motion on the gas-phase turbulence. The multicomponent drop vapourisation modelling was based on the continuous thermodynamics approach using a gamma distribution to describe the complex diesel fuel composition and was capable of predicting a more complex drop vapourisation process. The effect of gas-phase turbulence flow on the fuel drop vapourisation process was evaluated through the solution of the gas-phase moments of the distribution in the present LES framework. A non-evaporative spray in a constant-volume engine cylinder was first simulated to examine the behaviours of LES, in comparison with a Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) simulation based on the RNG k–? model. More realistic diesel spray structures and improved agreement on liquid penetration length with the corresponding experimental data were predicted by the LES, using a grid resolution close to that of RANS. A more comprehensive simulation of diesel spray and combustion in cylindrical combustor was also performed. Predicted distributions of soot particles were compared to the experimental image, and improved agreement with the experimental data was also observed by using the present LES and MCV models. Consequently, results of the present models proved that improved overall performance of the fuel spray simulation can be achieved by the LES without a significant increase in the computational load compared to the RANS.