三维流场数值模拟在柴油机喷油嘴中的应用
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模拟探讨喷油嘴孔径及孔数对柴油机燃烧特性的影响
ｓ ｔ ｏ ，ＮＯ ｅ ｓｉｎ ｍｉｓｏ ．
ｋ ｙ ｒ ｓ ｉｓｌ ｕ ｂ ｒｏ ｏｚ ｏｅ ； ｏｚｅｄａ ｅｅ ； ｏ ｕ ｔ ｎｃ ａａ ｔｒ ｔ ｓ ｎ ｍｅｉａ ｓ ｌａｉｎ ｅ ｗｏｄ ：ｄｅ ｅ；ｎ ｍ ｅ ｆ ｚｌ ｈ ｌｓ ｎ ｚｌ ｉ ｔｒ ｃ ｍ ｓｉ ｈ ｃｅｉ ｉ ； ｕ ｒ ｌ ｉ ｎ ｅ ｍ ｂ ｏ ｒ ｓｃ ｃ ｍｕ ｔ ｏ
Ｈ ＤＳ Ｙ ＩＭ，对喷 油嘴孔径及 孔数对 柴油机 燃烧特性 的影响进行 了模拟探 讨。结果表 明 ，喷孔 直径和数
目影响燃油的喷 雾质量和油气混合质量 ，进 而影响燃油耗 量及碳烟 、Ｎ 的排放 。 Ｏ 关键词 ：柴油机 ；喷孔数 目；喷 孔直径 ；燃烧特Ｉ ｝ 生；数值模拟 中图分类号 ：Ｔ ４ １ ３ Ｋ ２ ４ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ －３７ ２０ ）３ ２－４ ０ １ ５ （０７ ０ － １ ４ Ｏ３ ０
Ｓｍ ｕ ａｉｎ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｆｃ ｆｔ ｅ Ｄｉｍ ｅｅ ｎ ｍ ｂ ｒ ｉ ｌｔｏ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈｅＥｆｅ ｔｏ ｈ ａ ｔｒ ａ ｄ Ｎｕ ｅ
ｏ ｚ ｌ ｌｓｏ ｅ ｅ’ Ｃｏ ｕ ｔ ｎ Ｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓ ｆＮｏ ｚｅ Ｈ０ｅ ｎ Ｄｉｓ ｌ ｍｂ ｓｉ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔ Ｓ ｏ ｃ
Ｃ ｅ ｅｇ Ｚ ａ ｇＷｅ， ａ ｇＷｅ Ｃ ａ ， ｎ ｎ ｕ ｎ， ｕＪａ Ｘｎ ｈ ｎＤ ｎ ， ｈ ｎ ｉ Ｆ ｎ ｎ ｈ ｏ Ｗａ ｇｙ Ｑ ａ Ｘ ｉｎ ｉ ａ
（ ｈｎｈ ｉ ａｉｅＤｅｅ Ｅ ｇ ｅＲ ｓ ｒ ｓｔｔ， ｈｎｈ ｉ ００Ｏ Ｓ ａｇａ Ｍ ｒ ｉ ｌ ｎｉ ｅｅ ｃ Ｉ ｔｕ Ｓ ａｇ ａ ２０９ ） ｎ ｓ ｎ ａｈｎｉｅ
收修 改稿 日期 ：２０ －１２ ０ ６１ －４
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Ｈ ＤＳ Ｙ ＩＭ，对喷 油嘴孔径及 孔数对 柴油机 燃烧特性 的影响进行 了模拟探 讨。结果表 明 ，喷孔 直径和数
目影响燃油的喷 雾质量和油气混合质量 ，进 而影响燃油耗 量及碳烟 、Ｎ 的排放 。 Ｏ 关键词 ：柴油机 ；喷孔数 目；喷 孔直径 ；燃烧特Ｉ ｝ 生；数值模拟 中图分类号 ：Ｔ ４ １ ３ Ｋ ２ ４ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ －３７ ２０ ）３ ２－４ ０ １ ５ （０７ ０ － １ ４ Ｏ３ ０
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收修 改稿 日期 ：２０ －１２ ０ ６１ －４
基于FLUENT的柴油机喷油嘴结构改进与数值分析
Ａｈ ｔａ ｔ Ｔ ｅｉｖ ｓｉａｉｎｏ ｅｆ ｗ ｈ ｒｃｅｉｔ ｓｉ ｅｎ ｚｌ ｅ ｏ ｓｍｏ ｅａ ｄｍｏｅｉ ｏｔｎ ｅ ａ ｓ ｈ ｏ ｓａｕ ｓｄ ｓｒ ｃ ： ｈ ｅ ｔ ｔ ｆｈ ｏ ｃ ａａ ｔｒｓｉ ｎｔ ｏ ｚｅｂ ｃ ｍｅ ｒ ｎ ｒ ｎ ｇ ｏ ｔ ｌ ｃ ｈ ｍｐ ｒａ ｔ ｃ ｕ ｅｔｅｆ ｗ ｔｔｓｉ ｉｅ山ｅ ｂ ｌ ｎ
ｃ ｃ ｍ ｔ ｃｓ ｆｈ ｅ ｉ ｅｔｒ ｏｚ ｘ ｒｓｕｅＳｎ ｌ ｃｎ ｅｄｅｗ ｓ ｍ ｒｖｄｔ Ｂｃｎｃｌ ｕｆｃ ｅｄｅ ｉ ０ｄｒ ｏ ｅ ｕｅ ｉ ｕ ｓ ｎ ｅ ｅｆ ｌｎ ｃｏ ｎ ｚｌ ｅｉｐｅｓｒ． ｉｇ ｏ ｅ ｅｌ ａ ｐｏｅ ｉ ｉ ｒ ｅ ｅｌ．ｎ ｒｅ ｄ ｃ ｒ ａ ｏｔ ｕ ｊ ｅ ｔ ｅ ｎ ｉ ｏ ｏ ａｓ ａ ｎ ｔｒ
ｎ ｚｌ ｎ ｅ ｉｊｃｉｎｓｇ ｉｃ ｎｌ ｆ ｅ ｃ ｈ ｍｉｓｏ ｎ ｃ ｎ ｍｙｏ ｉｓ ｌ ｎ ｉｅ ． ｅｔｒｅ ｄｍｅ ｓｏ ａ ｕ ｒ ａ ｉ ｌｔ ｎ ｏｚｅａ ｄｆ ｌｎｅ ｔ ｉｎｆ ａ ｔ ｉｌ ｎ ｅｔｅｅ ｓｉｎａ ｄｅ ｏ ｏ ｆ ｅ ｅ ｇｎ ｓ ｕ ｏ ｉ ｙｎ ｕ ｄ ｅ Ｔｈ ｅ— ｉ ｎ ｉｎ ｌ ｍｅｉ ｌ ｍｕａｉ ｈ ｎ ｃ ｓ ｏ
０ 前 言
众 所 周 知 ，柴 油 机 燃 油 喷 射 系 统 是 柴 油 机 的 “ 脏 ”部位 ，它 的性 能好 坏及 可靠性 高低 直接 影 心 响 到 柴 油 机 性 能 和 工 作 可 靠 性 。 随 着 柴 油 机 向节 能 、低 排 放 的方 向发 展 ， 柴 油机 燃 油 喷射 系统 高 对 压 、高 喷 射 速 率 的要 求 更 加 苛 刻 。 与 此 同 时 ，高
Ｋｅ ｒ ｓ ｄ ｅ ｅ ｎ ｉ ｅ ｎ ｅ ｌ ａ ｔ ｒ ｅ ｄ ｍｅ ｓｏ ａ ｕ ｄ ｃ ｌｕ ａ ｉｎ ｉ ｒ ｖ ｄ ｄ ｓｇ ｙｗｏ ｄ ： ｉｓ ｌ ｇｎ ； ｅ ｄ ｅ ；ｈ ｅ － ｉ ｎ ｉ ｎ ｌ ｉ ａｃ ｌ ｔ ； ｅ ｌ ｆ ｏ ｍｐ ｏ ｅ ｅ ｉｎ
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０ 前 言
众 所 周 知 ，柴 油 机 燃 油 喷 射 系 统 是 柴 油 机 的 “ 脏 ”部位 ，它 的性 能好 坏及 可靠性 高低 直接 影 心 响 到 柴 油 机 性 能 和 工 作 可 靠 性 。 随 着 柴 油 机 向节 能 、低 排 放 的方 向发 展 ， 柴 油机 燃 油 喷射 系统 高 对 压 、高 喷 射 速 率 的要 求 更 加 苛 刻 。 与 此 同 时 ，高
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喷油器参数对柴油机混合气形成和燃烧的影响——基于FIRE三维数值模拟
ｓ 质量 源 项 ； 一
一
作 用 在 与 ｉ 向相 垂 直 平 面上 的 方 向 的 方
应力 。
响规律 ， 而为燃 烧过 程 的优 化提 供 了参 考 。 从
１ ３ 能 量守恒 方 程 ．
１ 数 学 模 型
缸 内气体 流 动是 三 维 可 压 缩 粘 性 气 体 流 动 ， 质 用
１ ２ 动量 守恒 方 程 ．
杀 ＋ ｐ“ ｒ 一老 （ （ ） 一 ）
式中 ｕ一 流 体在 方 向的绝 对速 度 ； ｐ 压力 ； 一
过程 进行 多 维 数 值模 拟 已成 为 内燃 机 燃 烧 过 程 分 析 的蘑 要环 节 。本 文利 用 ＦＲ Ｉ Ｅ三 维 数值 模 拟 计 算 软 件 对 ３０ １ ５柴 油 机 缸 内 流 动 与 燃 烧 过 程 进 行 了数 值 模 拟 ， 探 讨 了喷油 器 结 构参 数 对 柴 油 机 燃 烧 特 性 的 影 并
如图 １ 示。 所
，
笛 尔 坐标 （ ＝１ ２， ） ， ３ ；
一
流体 流 进 或 流 出控 制 体 积 边 界 的速 度 ，， 五
＝
， ” ｕ 为 控制 体 积边 界移 动 的速 度 ； 一ｕ
一
，
质 量源项 。
（ ） 开女 ｌ Ｐ 眨 ⅡＦ
图 １ 燃 烧 室 结 构 示 意 图
第 １ ２期
开、 活塞 上 行 终 止 的半 个 循 环 ， 模 型 中 未 加 入 进 排 故
气门。
验值 ， 致计 算 结 果 也 存 在 一 定 的误 差 。从 总 体 上 看 导
来 ， 算 结 果 与 试 验 结 果 基 本 吻 合 ， 说 明该 计 算 模 计 这
柴油机喷油嘴的优化设计
（ ｏａｙ１ ２ Ｔ ｔｌ ９ ） ｌ
【 设计与研究 】
柴油机喷油嘴 的优化设计
王琪 ． 李旭林
（ 北京航空航天大学 汽车工程系 ， 北京 ，０ ０ ３ １０ ８ ）
摘要 ： 立了某喷 油器流场的三维模型 ， 建 利用数值计算对整 个区域的流场进行 了计算 。通过 改 变喷 油孔入 口过渡半 径， 发现在全升程 高 负荷 下 ， 存在 一个最佳的过渡半径值 ， 使得 压 力室容 积不明显增加 的条件 下， 流量 系数 有较大的 提 高。并利用二 维气穴模型进行 了计算 ， 发现在该过渡 半径 下， 气穴现 象不明显。
ｕ ｄ ｒｄ ｆ ｒ ｎ ｏ ｎ ｉ ｇ ｒ ｄ ｕ ａ ｕ ｓ ａ ｈ ｎ ｅ ｒｆ ｅ Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｎ ｉ ａｅ ｈ ｔｏ ｌ ｎ ａ ｉ ｓ ｖ ｌ ｅ ｃ ｎ ｕ ｅ ｏ ａ ｒ ｍａ ｋ ｂ ｅ ｎ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔｒ ｕ ｄ ｎ ａ ｉ ｓ ｖ ｌｅ ｔｔ ｅ ｉ ｌｔｏ ｉ ． ｈ ｅ ｕ ｔ ｉｄ ｃ ｔ ｄ ｔ ａ ｎｙ ｏ ｅ ｒ ｄ ｕ ａｕ ｏ ｄ ｃ ｓｔ ｅ ｒ ａ ｌ ｆ ｉ ｃ ｓ ｉ ｃｅ ｓ ｎ ｄ ｓ ｈ ｒ ｅ ｃ ｅ ｃ ｅ ｔ ｎ ｒ ｓｕ ｅ ｃ ａ ｅ ｏ ｕ ｎ ｒ ａ ｅ ｉ ｌ ．Ａ ２ Ｄ ａ ｉ ｔ ｎ ｍｏ ｅ ｓ ｕ ｅ ｎ ｈ ｅ ｕ ｔ ｎ ｒ ａ ｅ ｉ ｉｃ ａ ｇ ｏ ｆ ｉｎ ，ａ ｄ ｐ ｅ ｓ ｒ ｈ ｍｂ ｒ ｖ ｌ ｍｅ ｉ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｌ ｔ ｉ ｔ ｅ － ｃ ｖｔ ｉ ｄ ｌ ｉ ｓ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ａｏ ｓ ｏ ｄ ｔ ａ ｈ ａ ｉ ｔ ｎ ｅｆ ｃ Ｓｎ ｔｏ ｖ ｏ ｓ ｈ ｗｅ ｔ ｅ ｃ ｖｔ ｉ ｆ ｔ ｏ ｂ ｉ ｕ ． ｈ ｔ ａｏ ｅ ｉ Ｋｅ ｏ ｄ ： ｏ ｚｅ ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｏ ｎ ｉ ｇ ｒ ｄ ｕ ；ｃ ｖｔ ｔ ｎ ｙ Ｗ ｒ ｓ ｎ ｚ ｌ ；ｏ ｔ ｍｉａｉ ；ｒｕ ｄ ｎ ａ ｉ ｓ ａ ｉ ｉ ｏ ａｏ
35_喷油时刻对柴油机燃烧和排放的数值模拟_北航孟云霞等
喷油正时对柴油机燃烧和排放影响的数值模拟孟云霞李云清王艳华成传松（北京航空航天大学交通科学与工程学院，北京 100191）摘 要：应用SolidworksCAD软件对某柴油机进行三维建模，采用内燃机专用的CFD软件Fire-2008对带进气道的燃烧室进行数值模拟，通过调整着火模型、涡破碎模型的喷雾模型参数对其进行标定。
应用标定好的模型对不同喷油时刻进行模拟，分析喷油正时对燃烧的影响，对NOx和Soot排放的影响，以期找到喷油时刻对此柴油机燃烧排放特性的影响规律，为喷油系统的改善和优化提供参考依据。
最后验证模型对排放预测的可靠性。
关键词：柴油机；喷油正时；CFD；NOx和碳烟0 引言柴油机研究面临的主要问题之一是要满足燃油经济性和严格的排放性能要求。
因此关键技术是电子柔性控制的燃油高压喷射。
电控高压共轨系统的可变的喷射规律受到广泛应用。
其中可变的喷油规律主要包括可变的喷油提前角、可调的喷油压力以及多次喷射等。
控制喷油正时，对柴油机的性能和排放有显著的影响。
尤其是关于NOx排放。
喷油提前角过大，燃烧开始得过早，气缸压力升高率过大，柴油机噪声增大，工作粗暴；反之若喷油提前角过小，燃烧滞后并延伸在膨胀过程中进行，柴油机燃烧效率下降，未燃碳氢化合物与碳烟增加。
所以研究喷油时刻的数值模拟对实验指导很有意义。
本文利用三维CFD软件FIRE-2008在不同喷油时刻，对柴油机缸内的燃烧过程进行了数值模拟，并与相关实验结果进行对比，以期找到喷油时刻对此柴油机燃烧排放特性的影响规律，为喷油系统的改善和优化提供参考依据。
1 计算对象及边界条件数值模拟的对象是6缸增压水冷直喷式柴油机，以带气道的燃烧室作为标定的模型，网格数约为67万。
柴油机采用了8喷孔的喷嘴，其中喷嘴在圆周方向上均匀布置，但在高度上分成了上下两组喷孔，即上方4个喷孔，圆周方向夹角为90度；下方4个喷孔，圆周方向夹角为90度，几何模型如图1所示。
图1 喷油嘴几何结构模型数值模拟的工况点为功率点，转速为1900r/min。
塞式喷管三维流场的数值模拟
式( NND 格式) 求解三维平均雷诺的 N S 方程, 并 用 k 两方程湍流模型封闭方程组, 对线性塞式 喷管的流场和瓦状塞式喷管流场进行三维数值模 拟研究.
1 数值方法
1. 1 控制方程及其离散 本研究中不考虑化学反应, 并假定燃气为纯
气相, 等效为具有某种热力与输运性质的单一气 体. 基本的控制方程是三维曲线坐标系下的雷诺 平均 N S 方 程, 并 采 用 文 献 [ 11 ] 提 出 的 Lam
分离等复杂的物理现象的三维流场, 流场模拟有 一定的困难, 其数值研究往往是采用特征线法作 近似计算[ 2] , [ 3] , 或者是利用求解欧拉方程对塞式 喷管无粘流场进行数值模拟[ 4] , [ 5] , 对于粘性流场 的计算, 一般将塞式喷管流场近似为二维流场处 理[ 6] ~ [ 8] , 文献[ 9] , [ 10] 采用轴对称 N S 方程对环 形塞式喷管的流场进行了数值模拟. 本文采用二 阶精度的精度无波动、无自由参数的耗散差分格
对于 k 模型方程, 边界条件相对是简单的: 入口给定, 出口和对称处外推, 在壁面 k 给定为 0, 外推. 在计算过程中, 采取文献[ 13] 提出的限
收稿日期: 2001 08 16 基金项目: 国家 863 高技术航天领域资助项目( 863 2 3 4 10) ; 高等学校博士学科点专项科研基金资助项目( 2000000619) 作者简介: 戴梧叶( 1974- ) , 男, 湖南安化人, 博士生, 100083, 北京.
6 04
北京航空航天大学 学报
ห้องสมุดไป่ตู้2002 年
境压强附近波动, 所以对高度补偿的功能没有损 害, 根据 目 前 初步 的 试 车 结 果显 示, 该 模型 在 CNPR= 17~ 220 范围内( 从地面到设 计高度) , 喷 管效率均在 90% ~ 96% 之间, 而改进设计可以进 一步提高效率.
1 数值方法
1. 1 控制方程及其离散 本研究中不考虑化学反应, 并假定燃气为纯
气相, 等效为具有某种热力与输运性质的单一气 体. 基本的控制方程是三维曲线坐标系下的雷诺 平均 N S 方 程, 并 采 用 文 献 [ 11 ] 提 出 的 Lam
分离等复杂的物理现象的三维流场, 流场模拟有 一定的困难, 其数值研究往往是采用特征线法作 近似计算[ 2] , [ 3] , 或者是利用求解欧拉方程对塞式 喷管无粘流场进行数值模拟[ 4] , [ 5] , 对于粘性流场 的计算, 一般将塞式喷管流场近似为二维流场处 理[ 6] ~ [ 8] , 文献[ 9] , [ 10] 采用轴对称 N S 方程对环 形塞式喷管的流场进行了数值模拟. 本文采用二 阶精度的精度无波动、无自由参数的耗散差分格
对于 k 模型方程, 边界条件相对是简单的: 入口给定, 出口和对称处外推, 在壁面 k 给定为 0, 外推. 在计算过程中, 采取文献[ 13] 提出的限
收稿日期: 2001 08 16 基金项目: 国家 863 高技术航天领域资助项目( 863 2 3 4 10) ; 高等学校博士学科点专项科研基金资助项目( 2000000619) 作者简介: 戴梧叶( 1974- ) , 男, 湖南安化人, 博士生, 100083, 北京.
6 04
北京航空航天大学 学报
ห้องสมุดไป่ตู้2002 年
境压强附近波动, 所以对高度补偿的功能没有损 害, 根据 目 前 初步 的 试 车 结 果显 示, 该 模型 在 CNPR= 17~ 220 范围内( 从地面到设 计高度) , 喷 管效率均在 90% ~ 96% 之间, 而改进设计可以进 一步提高效率.
喷油器参数对柴油机燃烧特性影响的数值模拟
研 究 对 象 为 自然 吸 气 式 单 缸 ４气 ｆ １ ５柴 油 １ ３
机 ， 主 要 参 数 见 表 １ 其 。
表 １ 柴 油机 主 要 参 数
缸 径 ／ ｍｍ １５ ３
本研 究 应 用 三 维 Ｃ Ｄ 软 件 Ｆ Ｒ ８ ５ 对 不 同 Ｆ ＩＥ ． ， 喷孑 数 、 Ｌ 角条 件 下 的柴 油 机缸 内 流动 与燃 烧 Ｌ 喷孑 锥 过程进 行 了数值 模 拟 ， 讨 了喷 油 器 结构 参 数 对 柴 探 油机燃 烧 特性 的影 响 规 律 ， 而 为 喷 油器 的合 理 设 从
收 稿 日期 ：２ ０ — ８ ３ ；修 回 日期 ：２ ０ — ６ ０ ０７０ —０ ０ ８０ —５
图 １ 计 算 模 型 的 网格 图
作 者简 介 ：周
苗 （ ９ ２ ） 女 ， 苏 省徐 州 市 人 ， 士 ， 要 研 究 方 向为 柴 油 机 工 作 过 程 及排 放 的数 值 模 拟 ；ｈ ｕ １８ ｓ ａｃｒ。 １８一 ， 江 硕 主 ｚｏ ｍ０ ２＠ ｉ ．ｏ ｎ ｎ
维普资讯
增刊（ 总第 １ ６ ） ７ 期
２０ ０ ８年 ６月
乍
用
发
动
机
Ｓｕｐｐ ｅ ｅ （ ｒａ ．１ ） ｌｍ ｎｔ Ｓｅ ｉｌＮｏ ７６
Ｖ ＥＨ Ｉ ＥＮＧＩ Ｅ ＣＩＥ Ｎ
Ｊ ｎ ２ ０ ｕ．０８
’
・
性 能研 究 ・
传 统 柴油 机的 燃 烧 过 程 以 扩散 燃 烧 为 主 ， 燃 其
烧放 热规 律和燃 油 经济性 主 要取 决于 燃油 的喷 射雾 化及 扩散 混 合 ， 因此 对 喷雾 质 量 要 求 很 高 。燃 油
ｕ ） 该燃 烧 模 型假 定 在 足 够精 细 的 流 动 湍 流 结 构 ｐ， 尺度 下 ， 旦组 分 的混合是 以分 子量 级发生 ， 一 化学 反 应在 瞬 间即可 完成 。与 湍 流输 运 过 程相 比 ， 学 反 化 应 的时 间尺度相 对 很 小 ， 以燃 烧 的 速 率 是 由分 子 所
机 ， 主 要 参 数 见 表 １ 其 。
表 １ 柴 油机 主 要 参 数
缸 径 ／ ｍｍ １５ ３
本研 究 应 用 三 维 Ｃ Ｄ 软 件 Ｆ Ｒ ８ ５ 对 不 同 Ｆ ＩＥ ． ， 喷孑 数 、 Ｌ 角条 件 下 的柴 油 机缸 内 流动 与燃 烧 Ｌ 喷孑 锥 过程进 行 了数值 模 拟 ， 讨 了喷 油 器 结构 参 数 对 柴 探 油机燃 烧 特性 的影 响 规 律 ， 而 为 喷 油器 的合 理 设 从
收 稿 日期 ：２ ０ — ８ ３ ；修 回 日期 ：２ ０ — ６ ０ ０７０ —０ ０ ８０ —５
图 １ 计 算 模 型 的 网格 图
作 者简 介 ：周
苗 （ ９ ２ ） 女 ， 苏 省徐 州 市 人 ， 士 ， 要 研 究 方 向为 柴 油 机 工 作 过 程 及排 放 的数 值 模 拟 ；ｈ ｕ １８ ｓ ａｃｒ。 １８一 ， 江 硕 主 ｚｏ ｍ０ ２＠ ｉ ．ｏ ｎ ｎ
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增刊（ 总第 １ ６ ） ７ 期
２０ ０ ８年 ６月
乍
用
发
动
机
Ｓｕｐｐ ｅ ｅ （ ｒａ ．１ ） ｌｍ ｎｔ Ｓｅ ｉｌＮｏ ７６
Ｖ ＥＨ Ｉ ＥＮＧＩ Ｅ ＣＩＥ Ｎ
Ｊ ｎ ２ ０ ｕ．０８
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性 能研 究 ・
传 统 柴油 机的 燃 烧 过 程 以 扩散 燃 烧 为 主 ， 燃 其
烧放 热规 律和燃 油 经济性 主 要取 决于 燃油 的喷 射雾 化及 扩散 混 合 ， 因此 对 喷雾 质 量 要 求 很 高 。燃 油
ｕ ） 该燃 烧 模 型假 定 在 足 够精 细 的 流 动 湍 流 结 构 ｐ， 尺度 下 ， 旦组 分 的混合是 以分 子量 级发生 ， 一 化学 反 应在 瞬 间即可 完成 。与 湍 流输 运 过 程相 比 ， 学 反 化 应 的时 间尺度相 对 很 小 ， 以燃 烧 的 速 率 是 由分 子 所
数值模拟方法在柴油机进气道改进中的应用
出 最佳 的结 构形 状 。 年 的 历 史 ， 由 于 内燃 机 进 气 道 （ 其 是 螺 旋 进 气 道 ） 但 尤 结 构非 常 复 杂 ， 算 网格 的生 成 极 其 困难 ， 一 实 际 内 计 对
燃 机 的进 气 道 ， 生成 三 维 流体 计 算 网格 大 约需 要 ４～ ６
２ ０ ９ ０ ００
数 值 模 拟 方 法 在 柴 油 机 进 气 道 改 进 中 的 应 用
夏 兴 兰 ，杨 雄 ，朱 忠 伟 ，董 尧 清
（ 锡 油泵油嘴研 究所 ， 苏 无 锡 ２４６ ） 无 江 １ ０ ３
摘 要 ： 实 际 产 品 为 研 究 对 象 ， 三 维 数 值 模 拟 方 法 应 用 于 柴 油 机 螺 旋 进 气 道 的 改 进 设 计 中 。 根 据 模 拟 以 将 计 算 结 果 对 气 道 流 场 结 构 进 行 了 分 析 ， 出 了气 道 结 构 中不 合 理 的 部 位 ， 此 部 位 进 行 修 改 ， 进 行 三 找 对 再 维 数 值 模 拟 。结 果 表 明 ： 改 后 的气 道 具 有 更 合 适 的流 场 结 构 ， 而 具 有 更 高 的 流 量 系 数 和 更 合 适 的 涡 修 从 流 比 。将 原 气 道 和 修 改 后 的气 道 分 别 进 行 气 道 稳 流 试 验 台试 验 ， 验 结 果 与 计 算 结 果 吻 合 良好 。 试 关 键 词 ： 维 数 值 模 拟 ； 旋 进 气 道 ；流 场 ； 流 比 三 螺 涡
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第２ Ｏ卷 （０ ２ 第 ５期 ２０） 内 燃 机 学 报
Ｖｏ ． ０（ ０ ２ Ｎｏ ５ １２ ２ ０ ） ．
Ｔｒ ｎｓ ｃ ｉ ｎｓ ｏ ａ ａ ｔｏ ｆ ＣＳＩ ＣＥ
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模型按三维流动来分析 # 考虑燃油的变黏度和 可压缩性 # 在数值模拟中做了如下假设 $ %! & 不考虑流动中的化学反应及其影响 " %" & 密度只是压力的函数 " 计算过 程 中 用 #$%&’( 求 解 质 量 和 动 量 守 恒 方 程 " 对于包括热传导或可压缩性的流动 # 需要解能 量守恒的附加方程 " 当流动是湍流时 # 还要解附加 的输运方程 " 以下是模型的流体计算方程 "
积膨胀的影响 "
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’() 模型来预测柴油机喷油嘴内的流场状态 * 并与试验相结合 % 提高喷油嘴的选配和设计水平 $
采用 (+,-./ 软件进行模拟计算 $ 主要研究喷油嘴的压力室 & 喷孔以及针阀的前端结构 % 并考虑燃 油的可压缩性及黏度随压力 & 温度的变化 $ 通过研究可以预测喷油嘴内流场的分布 % 分析喷油嘴 设计的合理性 % 指出改进方向 $
喷油系统对柴油机的动力性 # 经济性 # 排放性 发挥着重要作用 $ 喷油嘴作为燃油喷入气缸的最后 环节 % 其性能直接影响柴油机的燃烧过程 $ 不同的喷油压力 & 喷油率下 % 测试喷射特性和柴油 机性能% 发现喷油嘴的前端结构形状& 压力室大 小 & 喷孔参数和流通能力对燃烧过程有重要影响 $ 减小燃油流过喷油嘴的压力损失 % 可提高有效喷油 压力 % 增大流过喷油嘴的有效压力降 $ 燃油的可压 缩性和温度的作用不可忽略 :I;:F; % 这些作用和影响 应当在喷油嘴内燃油压力场和速度场中得到反映 $ 为了提高仿真精度 % 在数学模型中增加了燃油可压 缩 性 和 变 黏 度 方 程 式 % 应 用 @J! ! @/AB*-)-$/&
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偶件 " 针阀 在 !1;5 ’’ 全 升 程 时 刻 的 喷 油 嘴 内 流 道物理模型 # 左上角为 $ 个进油道 " 右下脚为 & 个 喷孔 # 坐标原点在针阀腔顶部端面的中点 # 网格采 用四面体非结构化网格 " 如图 $#
?@A.B- 提供 ( 种数值求解方法 ’ 分离解法和耦
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