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基于數(shù)值仿真分析的高強(qiáng)化柴油機(jī)燃燒室參數(shù)化設(shè)計

2018-12-03 23:37:10·  來源：文明 工作過程研究室  
　
圖7ω形燃燒室凸臺高度變化
1.3.5凸臺半徑的變化
保持燃燒室體積固定，凸臺半徑變化，凸臺半徑和燃燒室深度隨之變化。凸臺半徑的變化系列見圖8。
圖8ω形燃燒室凸臺半徑變化
2 計算結(jié)果分析
2.1 口徑比對燃燒過程的影響分析
圖9為口徑比對放熱率的影響，通過對比分析可知，燃燒室口徑比對放熱率的影響較大，其中對放熱率第一峰值的影響最為明顯，由于不同口徑比對滯燃期的影響不大（均為11.2ºCA左右），且噴油和進(jìn)氣系統(tǒng)參數(shù)均保持不變，所以可以認(rèn)為放熱率出現(xiàn)差異的原因是，不同口徑比對滯燃期內(nèi)油氣混合過程的影響不同所引起的。
      當(dāng)口徑比為 0.61 和 0.66 時，上止點(diǎn)前放熱率快，放熱率第一峰值較低，所以導(dǎo)致活塞的壓縮負(fù)功變大?？趶奖葹?0.64 、 0.69 和 0.72 時放熱率第一峰值相差不大，上止點(diǎn)前放熱率慢，且均出現(xiàn)在上止點(diǎn)后 1.5ºCA 左右，這可以有效降低壓縮負(fù)功。放熱率第二峰值隨著口徑比的增加，先增加后減小，說明口徑過大或過小均不利于燃燒過程的進(jìn)行，口徑比為 0.64 時，放熱率兩個峰值較大，壓縮負(fù)功較小，燃燒過程進(jìn)行的較好。
圖10為口徑比對缸內(nèi)溫度場分布的影響，通過對比分析可知：（1）上止點(diǎn)時，口徑比為0.61和0.66時的缸內(nèi)溫度最高，分別達(dá)到2222.59K和2263.25K，這與其前期放熱率較快的結(jié)果一致。（2）370ºCA時，口徑較大的燃燒室高溫區(qū)面積較小，且主要分布在氣缸蓋附近，這主要是因?yàn)檫^大的口徑導(dǎo)致油束頭部撞擊中央凸臺，造成此處燃油的堆積，影響了燃燒過程的進(jìn)行。且由于油束頭部與燃燒室側(cè)壁間的距離較遠(yuǎn)，大于此時的油束貫穿距離，使得油束頭部的燃油著火區(qū)域相連形成一道火墻，將外圍的空氣和火焰內(nèi)部的燃油隔開，導(dǎo)致火墻內(nèi)的燃油無法與外部的空氣混合，即形成所謂的“氣體活塞效應(yīng)”，這會降低了油束頭部與燃燒室壁面間空氣的利用率，不利燃燒過程的進(jìn)行。（3）370ºCA之后，燃燒高溫區(qū)布滿整個凹坑，開始向擠流區(qū)擴(kuò)展，但由于燃油著壁點(diǎn)的不同，高溫區(qū)擴(kuò)展的方式有所差別，口徑比較小時，燃油著壁點(diǎn)位于擠流唇處，高溫區(qū)由此處分別向擠流區(qū)和凹坑發(fā)展，當(dāng)口徑比較大時，燃油著壁點(diǎn)下移到中央凸臺處，高溫區(qū)由凹坑向擠流區(qū)發(fā)展，導(dǎo)致在390ºCA時，凹坑處的高溫區(qū)面積減小，燃燒室中央的高溫區(qū)較小。
圖11為口徑比對指示功率的影響，為與其他燃燒室結(jié)構(gòu)參數(shù)對指示功率的影響進(jìn)行對比，圖中的縱坐標(biāo)采用相同的標(biāo)尺，取值范圍上下限分別為燃燒結(jié)構(gòu)變參數(shù)研究后得到的指示功率最高值和最低值。對比分析可知，指示功率隨著口徑的增加，先增加后減小，即存在一個最優(yōu)的口徑比使得指示功率最高，所以應(yīng)對口徑比進(jìn)行優(yōu)化，以滿足柴油機(jī)對性能的要求。
圖12給出了口徑比對缸內(nèi)平均壓力的影響，對比分析可知，上止點(diǎn)附近，口徑比為0.61和0.66時的放熱率快，壓力較高，壓力峰值隨著口徑比的增加，先增加后減小，365ºCA之后，口徑比為0.64時的壓力最高，說明擴(kuò)散燃燒過程進(jìn)行的較好，放熱率快。
2.2 出口角度對燃燒過程的影響分析
圖13為出口角度對放熱率的影響。通過對比分析可知，出口角度最小時，上止點(diǎn)前的放熱率最高，而出口角度為90°時的放熱率最低。放熱率第一峰值隨出口角度的增加，先增加后減小，且第一峰值出現(xiàn)的時刻也隨出口角度的增加，先增加后減小，出口角度為80°時的放熱率第二峰值最大，而出口角度為108°的最小。
 圖14為出口角度對缸內(nèi)溫度場分布的影響，通過對比分析可知：（1）上止點(diǎn)時，出口角度最小時的溫度最高，為2147.96K，出口角度為80°的溫度其次，為1874.99K，而出口角度為90°時的溫度最低，為1671.88K，這與圖2-25中出口角度最小時，上止點(diǎn)前放熱率最快的結(jié)果相符。（2）370°CA時，不同出口角度下的高溫區(qū)分布在油束上下兩側(cè)，由于噴油系統(tǒng)參數(shù)固定，所以油束上側(cè)高溫區(qū)分布相似，而油束下側(cè)高溫區(qū)隨著出口角度的增大，面積逐漸縮小。（3）380°CA之后，隨著出口角度的增加，中央凸臺與凹坑連接處的高溫區(qū)面積逐漸較小，這是因?yàn)槌隹诮嵌仍龃蠛?，增?qiáng)了燃油向擠流區(qū)擴(kuò)展的能力，導(dǎo)致在中央凸臺與凹坑連接處的混合氣較少，高溫區(qū)面積較小。
 圖15為出口角度對指示功率的影響，對比分析可知，指示功率隨著出口角度的增加，先增加后減小，即存在一個最優(yōu)的出口角度使得功率最高，但與口徑比對指示功率的影響相比，在出口角度的取值范圍內(nèi)，其指示功率的變化范圍只有口徑比的30%左右，這也說明出口角度對柴油機(jī)動力影響要小于口徑比。
圖16為出口角度對缸內(nèi)平均壓力的影響，對比分析可知，上止點(diǎn)時，出口角度最小時的平均壓力最大，出口角度為90°時的平均壓力最小，但壓力峰值最高，峰值過后，出口角度為80°時的平均壓力最大，說明擴(kuò)散燃燒過程進(jìn)行的較好，這也與放熱率曲線觀察到的結(jié)論一致。

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