提高柴油机燃烧过程仿真计算精度的标定方法

为提高柴油机燃烧过程仿真计算精度,该文提出了新的仿真模型标定方法:首先对仿真计算的喷雾液相贯穿距、总的喷雾贯穿距(含气相)和喷雾形态进行试验验证;然后基于喷雾过程标定结果,选择合适的燃烧模型,对仿真计算的缸压和放热率曲线进行试验验证。按照上述方法应用Fire软件研究了WAVE破碎模型、Dukowicz蒸发模型和ECFM-3Z燃烧模型相关参数对计算结果的影响,分别利用喷雾自由射流和单缸柴油机试验结果标定了喷雾和燃烧模型,并与仅利用缸压和放热率曲线标定仿真模型的传统方法进行了比较。结果表明:仅利用缸压和放热率曲线标定仿真模型的方法不能保证喷雾过程模拟的准确性,后续燃烧、排放模拟的准确性亦不能保证;采用新提出的仿真模型标定方法,能准确模拟单次和分段喷射条件下柴油机的缸内喷雾和燃烧过程,拓宽了应用范围,提高了仿真计算精度。     

基于微观场的重型增压柴油机工作循环能量流及㶲流仿真

为了探索重型增压柴油机工作循环中能量流、?流变化和损耗的规律并从缸内微观层面分析其原因,该文以CA6DL重型车用增压柴油机为研究对象,基于热力学基本原理、试验数据及仿真结果计算并分析了不同工况下工作循环中能量流、?流变化和损耗的规律。以B50工况为例,从缸内速度、当量比、温度分布的角度出发,对引起燃烧过程中能量流、?流变化和损耗的原因进行了分析。结果表明:增压柴油机工作循环中能量流、?流变化主要发生在燃烧过程;传热?、燃料累计?、排气损失、CA90、?效率等参数正相关于负荷,而内部?损失及传热?所占燃料?比例负相关于负荷,B25、B50、B75工况下内部?损失占燃料?比例分别为31.3%、29.9%、28.3%;理论当量比区域多集中在中等流速区;燃烧过程中期,缸内流场与高温区在缸壁附近的叠加作用加剧了缸壁的传热损失;当量比分布越不均匀,燃油氧化速率越快,高低温区体积占比差距越大,温升越缓慢,内部?损失率越大。     

基于全缸缸压测量的柴油机机械效率

为精确研究柴油机机械效率随功率及转速的变化规律,该文利用KISTLER公司的瞬态压力传感器和DEWETRON公司的燃烧分析仪,在某V型8缸增压柴油机上,测量得到不同转速、不同功率下全部气缸的缸内压力,并计算出柴油机的各缸指示功和总指示功率,分析了各缸做功的不均匀性,并根据测功机测出的柴油机在同一工况的有效功率,得到柴油机在不同转速、不同功率下的机械效率及其变化规律。结果表明:利用全缸缸压测量能有效地避免各缸燃烧不均匀性带来的计算偏差,提高整机机械效率的测量精度;在同一转速下,柴油机机械效率随着功率的增加而增大,两者近似成三次多项式关系;在功率保持不变的情况下,柴油机的机械效率随着转速的升高而降低,近似成线性关系。该文为分析多缸柴油机机械效率提供了可行的试验方法,并为预测柴油机不同工况下的机械效率提供参考。     

翅片结构对航空活塞式风冷发动机缸体强度与传热性能的影响

航空活塞式风冷发动机由于结构紧凑、体积小、质量轻等优势,在通用航空、农业等领域得到广泛运用。针对航空活塞式风冷发动机热负荷问题,该研究以某水平对置四缸四冲程航空活塞风冷汽油机为研究对象,试验测试了标定功率工况下发动机缸内压力,结合缸压试验数据与风冷发动机缸体的结构与传热特性,搭建一维仿真模型,计算获得了缸内燃气侧边界条件。采用热电偶法测试了标定功率工况下缸体关键区域的工作温度,结合缸体温度测试数据与缸内各位置的温度和传热系数,建立流固耦合仿真模型。选择翅片厚度、翅片间距、翅片长度3个主要结构参数分析其对缸体结构强度及传热性能的影响。结果表明,翅片结构对缸体的强度及传热性能影响较大,翅片厚度增大使得温度最大下降19.8 ℃、应力最大下降33.0 MPa。以翅片厚度、翅片间距、翅片长度3个翅片主要结构参数为因素设计正交试验,计算结果表明,翅片长度变化对缸体温度影响最大;选取最优值优化后与原机相比温度最大下降18.2 ℃。翅片厚度对翅片强度影响最大,选取最优值优化后与原机相比热应力最大下降50.1 MPa。研究结果可为航空活塞风冷发动机散热翅片的设计与优化提供参考依据。     

柴油机机体-冷却水套流固耦合系统传热仿真

为了改善发动机热负荷高这一现代发动机发展的主要障碍,该文就算例柴油机的机体及冷却水套作为耦合系统,采用流固耦合的方法实现整体耦合传热计算,从而将单独计算比较难确定的部分边界条件转变为系统的内部边界,在Fluent软件中进行数值计算。计算得到的收敛结果与采用热电偶法测量的机体及冷却水的温度试验数据较为吻合。根据机体及冷却水温度场分布,对机体和水套结构作适当改进来增加冷却水套的降温效果,再次做耦合系统的传热计算,发现A、B 2种改进方案较原模型相比分别将机体最高温度降低到了152℃和122℃,验证了结构改进的合理性,最终有效地改善了发动机热负荷。     

增压中冷柴油机缸套热态变形研究

缸套承受不均匀的热负荷而产生的失圆变形,主要影响缸套与活塞组件间的密封、摩擦/磨损以及排放性能。控制缸套的变形与失圆,对降低机油耗,改善摩擦性能以及降低排放,具有重要的意义。该文应用流固耦合传热方法,建立了缸盖-冷却液-缸套-缸体耦合传热模型,在对冷却液流动特性以及缸套、缸盖关键点温度测试的基础上,研究了缸套的稳态传热温度场分布以及热态变形规律。研究表明:受各缸冷却水套流动与热负荷不均匀的影响,各缸缸套温度场分布不均匀,从缸套顶部到底部温度逐渐降低,相邻两缸间的缸套顶部温度高于其他部位,最高温度出现在3、4缸间的缸套顶部;各缸缸套综合热变形是不均匀的,1、4缸自由端综合热变形较大,最大综合膨胀变形位于第4缸90°位置(飞轮方向),最大综合收缩变形位于第1缸90°位置(1、2缸间);缸套不同截面径向变形呈现与综合变形不同的变化趋势,缸套中部与冷却液接触,主要呈现膨胀变形,上部与下部受缸体结构约束,膨胀变形较小;各缸呈现不均匀的"豌豆"形径向变形,其中2、3缸对称,1、4缸对称;缸套主推力面与次推力面径向变形量相对较小,各缸的变形差异也较小。     

Calculation and simulation of air mass flow forturbocharged diesel engines

在进行增压器与柴油机匹配及柴油机系统动态仿真时,需要准确计算柴油机进气流量。为确定最佳的进气流量计算模型,对进气流量平均值模型进行比较分析,综合考虑增压中冷、废气再循环率、充量系数及工况变化的影响并建立相应的修正模型,利用Matlab/Simulink对所有模型进行了仿真验证。仿真和试验结果表明：修正后的进气流量模型计算结果与试验数据相吻合,最优模型的平均相对误差为2.96%,模型设计合理准确。研究结果可为准确计算涡轮增压柴油机进气流量及其模型的选择提供指导和依据。     

涡轮增压柴油机进气流量的计算与仿真

在进行增压器与柴油机匹配及柴油机系统动态仿真时,需要准确计算柴油机进气流量。为确定最佳的进气流量计算模型,对进气流量平均值模型进行比较分析,综合考虑增压中冷、废气再循环率、充量系数及工况变化的影响并建立相应的修正模型,利用Matlab/Simulink对所有模型进行了仿真验证。仿真和试验结果表明:修正后的进气流量模型计算结果与试验数据相吻合,最优模型的平均相对误差为2.96%,模型设计合理准确。研究结果可为准确计算涡轮增压柴油机进气流量及其模型的选择提供指导和依据。     

2D25卧式柴油机冷却水套结构的CFD模拟优化

针对高效低污染卧式柴油机的技术要求,为了设计合理的冷却系统,结合冷却水流动试验,采用计算流体动力学(CFD)三维模拟的方法建立了冷却水流动仿真模型,分析了2D25卧式柴油机强制冷却闭式循环系统的冷却水套结构对冷却水流场的影响,优化了卧式两缸柴油机冷却水套结构。研究结果表明:合理布局缸体进水孔方案可以改善缸体水套内冷却水的流动和冷却效果,减少流动损失,降低水泵的功率损耗。合理设计和布置缸盖入水孔,可以大大提高缸盖水套内冷却水的整体流动速度,减小各缸冷却效果的差异,改善热负荷高的鼻梁区以及排气侧的冷却效果。对原冷却水套结构优化后,水套整体平均流速提高了40%,整体平均换热系数提高了41.7%,在公共水腔和缸体水套上方没有出现原方案的水流撞击和大漩涡,热负荷最高的缸盖底面和鼻梁区冷却水流速和换热明显增强,各缸均匀性变好。     

拖拉机排气余热板翅式蒸发器热力性能分析与参数优化

利用拖拉机排气余热能够有效降低燃油消耗,其中基于有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle, ORC）的余热能量转换效率最高。该研究根据拖拉机实际空间尺寸,试制了一种板翅式蒸发器用以回收柴油机排气余热。基于移动边界法建立排气与工质对流传热数值模型,结合台架试验数据验证模型有效性,并定量分析了柴油机全工况下蒸发器热力性能。为提高蒸发器传热量和适用范围,采用CFD仿真和BP神经网络进一步分析非设计工况时蒸发器传热特性,并对结构与工质参数进行优化。结果表明：1）蒸发器热力性能随转速和负载增大而提高,最大传热量为69.89 kW,在中低转速负载工况下,蒸发器出现传热不稳定现象;2）增加接管倒角和改变翅片形状,在蒸发器尺寸不变条件下传热量可提高5.2%,传热面积增大0.19 m2;3）通过优化流道、工质流量和进口温度,能够改善中低负载工况热力性能,如柴油机1 500 r/min时,工质流量可在0.03～0.08 kg/s范围变化,最大传热量可达19.46 kW。研究结果可为蒸发器实际应用于拖拉机及与柴油机工况匹配提供参考。     

发动机冷却水套穴蚀机理分析与试验

为研究柴油机冷却水套内空化现象的产生机理,该文使用计算流体力学(CFD)方法研究施加壁面振动的不同入口流速、不同流场温度时冷却水套内部流体的流动特性及空化特性,同时设计并搭建可施加壁面振动的可视化空化试验台,对计算结果进行了验证。研究结果表明:空化现象主要发生在圆弧壁最小间隙位置,并在下游区域发展壮大;冷却水入口流速的增加会使得空化现象略有加强,但并不明显;当冷却水温为50℃时,空化现象较强,当水温逐渐升高时,空化现象反而减弱;当圆弧壁面有振动时,空穴现象明显加强,并且其产生的空化效果明显强于冷却水温及入口流速等因素的变化所产生的空化波动。此研究的结果将有助于控制发动机冷却水套中空化现象的发生,并降低冷却水套穴蚀的发生风险。     

柴油机活塞二阶运动对内冷油腔机油振荡流动与传热的影响

柴油机活塞的二阶运动不仅影响活塞侧击力、摩擦磨损、机油耗和漏气量,而且还对活塞内冷油腔内机油的振荡流动与传热性能产生影响。在活塞动力学与运动学分析的基础上,结合活塞内冷油腔内的振荡传热性能模拟试验结果,采用计算流体力学仿真方法,建立了包含往复运动与二阶运动的计算流体力学仿真模型,研究了活塞二阶运动对内冷油腔内机油的振荡流动与传热性能的影响规律。研究结果发现,二阶运动的径向运动主要影响内冷油腔中机油的振荡流动,偏摆运动主要影响内冷油腔的瞬时换热性能。二阶运动使内冷油腔的瞬时充油率降低,循环平均降低4.6%。对油腔壁面的瞬时换热性能影响很大,最大的变化幅值为24.9%。对于整个换热过程,虽然充油率降低,但平均换热系数变化不大。因此,二阶运动对内冷油腔综合换热性能的影响可以忽略不计。该研究可为耐高温高强度铝合金活塞的设计提供理论和技术参考。     

活塞结构参数对柴油机活塞传热与温度场的影响分析

为了降低活塞热负荷,降低活塞热疲劳失效概率,以一款高压共轨柴油机活塞作为研究对象,结合活塞温度试验测试,建立了活塞传热仿真分析模型,采用单因素扫值法和正交试验分析了活塞销座长度、活塞销孔直径、第一环岸厚度以及回油孔距离4个结构参数对活塞温度场分布的影响。研究发现,活塞结构对活塞传热与温度场分布有一定的影响,第一环岸厚度对活塞传热与温度场的影响最大。活塞的最高温度随着第一环岸厚度增加而升高,最多升高13.8℃。第一环槽的温度随着第一环岸厚度增加而降低,最多降低16℃。销座和回油孔结构对活塞温度场影响较小。最优方案是销座长度72.5 mm、销孔直径35 mm、火力岸厚度8 mm、回油孔相距53 mm的活塞,可以使活塞最高温度降低至374.3℃。为优化活塞传热提供参考。     

破碎和均细化处理方式对胡萝卜汁中类胡萝卜素释放的影响

为研究不同破碎和均细化处理对胡萝卜汁中类胡萝卜素释放途径的影响,采用打浆﹑胶体磨和高压均质3种破碎和均细化方式处理胡萝卜汁。应用分光光度法对处理后不同植物组织(大细胞聚集体﹑小细胞聚集体和有色体)中类胡萝卜素含量,游离类胡萝卜素含量,总类胡萝卜素含量,油脂可萃取类胡萝卜素含量进行测定。应用激光共聚焦扫描显微镜观察不同处理后类胡萝卜素的分布情况。利用高效液相色谱法对油脂可萃取类胡萝卜素单体含量进行测定。通过显著性分析确定不同均细化处理对以上3种植物组织中类胡萝卜素含量﹑游离类胡萝卜素含量﹑总类胡萝卜素释放率和油脂可萃取总类胡萝卜素含量及单体含量的影响。结果表明破碎和均细化处理后,大细胞聚集体中类胡萝卜素所占比例减小(从36.18%减小至15.28%),小细胞聚集体(从11.11%增加至15.73%)和有色体部分(8.36%增加至30.56%)中类胡萝卜素所占比例增大,类胡萝卜素释放在对其释放阻碍程度低的组织部分中。经过均细化处理后,激光共聚焦显微镜下可见的类胡萝卜素颗粒减少,处理越均细,可见的类胡萝卜素颗粒越少。对胡萝卜汁处理越均细,胡萝卜汁中类胡萝卜素释放率越高,其中胶体磨和高压均质联合处理胡萝卜汁后类胡萝卜素的释放率为50.91%。对胡萝卜汁处理越均细,胡萝卜汁中油脂可萃取总类胡萝卜素﹑β-胡萝卜素和α-胡萝卜素含量越少。研究结果对后续分析如何提高胡萝卜汁中类胡萝卜素生物利用率提供依据。