基于cfd的小型強化汽油機進氣道與燃燒室優(yōu)化研究

1、 天津大學碩士學位論文 基于 基于 CFD CFD 的小型強化 小型強化汽油機進氣道與燃燒室 汽油機進氣道與燃燒室優(yōu)化研究 優(yōu)化研究 Research of the Improvement of Intake Port and Combustion Chamber of Gasoline Engine Based on CFD 學科專業(yè)： 動力工程（內(nèi)燃機） 作者姓名： 韓雪松 指導教師： 衛(wèi)海橋 研究

2、員 企業(yè)導師： 楊曉 高級工程師 天津大學機械工程學院 二零一四年十二月 I 中文 中文摘要 摘要 影響發(fā)動機性能的關(guān)鍵因素包括進氣系統(tǒng)和燃燒室形狀， 因二者直接影響進氣、 燃油霧化和燃燒過程。 合理設(shè)計進氣系統(tǒng)和燃燒室形狀可以有效提高發(fā)動機性能、降低二氧化碳排放。CFD 可以有效縮短發(fā)動機設(shè)計周期、降低發(fā)動機設(shè)計成本，已成為發(fā)動機設(shè)計開發(fā)的重要手段。 本文基于汽油機性能試驗和穩(wěn)流試驗上， 運用 UG 軟件對原機進氣道進行

3、三維建模，并通過三維模擬軟件 FIRE 進行穩(wěn)態(tài)模擬。在驗證三維穩(wěn)態(tài)模擬準確性之后， 根據(jù)穩(wěn)態(tài)流場模擬結(jié)果與穩(wěn)流試驗的流量系數(shù)、 滾流比等氣道評價參數(shù)測試結(jié)果， 分析原機進氣道所存在的不足之處， 發(fā)現(xiàn)原機進氣道存在滾流比過低 （平均滾流比為 0.73），滾流強度不足，導致原機燃燒速率過慢，從而提出了多種進氣道的優(yōu)化方案。對優(yōu)化后的進氣道進行穩(wěn)態(tài)模擬，并與原機模擬結(jié)果對比，進氣道 B1 平均滾流比提升至 0.804 且流量系數(shù)略有提升，進

4、氣道 B2、B3 和 B4 平均滾流比達到 0.849 以上而流量系數(shù)明顯下降。 然后，針對原機進行了瞬態(tài)數(shù)值模擬，在驗證瞬態(tài)模擬的準確性之后，通過分析原機的湍動能、流場、溫度場，以及火焰發(fā)展期、快速燃燒期、缸內(nèi)壓力峰值及其對應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角等燃燒特征參數(shù)， 確定原機在 3000rpm 性能不足與油耗過高的原因為缸內(nèi)湍動能不足燃燒速率過慢， 進而提出了可以提高活塞對缸內(nèi)混合氣擠壓效果的燃燒室的優(yōu)化方案。 最后， 通過對優(yōu)化后進氣道與優(yōu)化后燃燒

5、室的所有組合進行數(shù)值模擬， 研究了不同模型對于發(fā)動機燃燒特征參數(shù)的影響。 詳細展示不同進氣道與燃燒室組合對于點火時刻缸內(nèi)湍動能、 氣體流動狀態(tài)以及燃燒過程的影響， 著重分析對于燃燒速率、缸內(nèi)流場和缸內(nèi)溫度的影響，深入探討湍動能與燃燒持續(xù)期的關(guān)系。結(jié)果顯示在 3000rpm 轉(zhuǎn)速下針對原機進氣道不足所提出的進氣道修改方案均可有效， 達到提高燃燒速率這一優(yōu)化目標， 而優(yōu)化后的活塞頂面則是在不同進氣道下的表現(xiàn)不盡相同。結(jié)合 1000rpm 和