进排气压力对气门式二冲程柴油机扫气过程的影响

为深入理解气门式二冲程发动机的扫气过程,以顶端入口进气道气门式二冲程柴油机为研究对象,在1 500 r/min转速下采用三维仿真研究了扫气过程中进排气压差和排气背压对缸内气体流动的影响机理。结果表明:由左侧进气道流入气缸的新鲜充量形成逆滚流,其前锋面抵达排气门之前经右侧进气道流入气缸的新鲜充量主要影响排气纯度,而在之后排气纯度明显增加;压差从30 kPa增加至210 kPa时左侧排气道排气纯度增加,在中低压差下右侧排气道排气纯度较高,扫气品质系数先从0.61降低至0.52,之后增加至0.56且保持不变;定压差和背压从100 kPa增加至190 kPa时排气纯度接近,而扫气效率增加较慢,扫气品质系数从0.55降低至0.53。

船用二冲程柴油机扫气过程流场仿真研究

利用三维计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真软件,用数值模拟的方法研究了某型二冲程船用柴油机在不同扫气口仰角与径向倾角下的扫气过程,得到了扫气过程中各时刻气缸内气体的速度矢量图与废气浓度分布图,分析了不同扫气口径向倾角与仰角对扫气过程效果的影响。结果表明:扫气口径向倾角增大时,涡流比增大,气缸中心处废气清扫效果变差,而缸壁附近处废气清扫效果变好;径向倾角较小时情况则与之相反。扫气口仰角增大时,涡流比基本不变,吹扫活塞凹坑处废气效果变差,但整体扫气效率升高。

二冲程汽油机扫气过程分析及排放性能优化

本文综述了以某二冲程汽油机为研究对象,采用三维模拟方法对二冲程发动机扫气过程进行分析,通过实验测得发动机模拟计算所需的初始条件和动态边界条件,实现计算流场分区域进行初始条件和边界条件的赋值,提出了评价排放计算结果优劣的方法及相关参数,实现了二冲程发动机扫气效果数量化,便于改进效果的评价和最佳改进方案的选取。最后,通过分析缸内流场演变过程及各物理量变化历程,对扫气道各参数进行优化,在提高发动机功率的同时降低了排放。

对置二冲程柴油机扫气口参数对扫气过程的影响

通过分析扫气口高度、圆周利用率、气口径向倾角等参数对对置二冲程柴油机扫气过程的影响,建立了基于GT-Power的一维仿真模型,研究分析了扫气口高度、圆周利用率变化对发动机扫气过程的影响;同时建立基于AVL-FIRE的对置二冲程柴油机扫气过程CFD仿真模型,研究了气口径向倾角变化对发动机扫气过程的影响。研究结果表明:扫气过程中,扫气流量主要受扫气口开启面积大小的影响,并随着扫气口开启面积的增大而增大;适当的扫气口倾角能促进扫气过程中的新鲜充量和废气的分层,但是扫气倾角太大容易导致气缸中心空气密度低,残余废气易聚集难以排出气缸;当扫气倾角为20°时扫气效率最大。

基于数值模拟的汽油机扫气过程优化

采用流体动力学模型对二冲程汽油机扫气过程进行三维瞬态数值模拟,讨论气缸内主要结构参数对扫气过程的影响,以达到优化扫气过程的目的。分析发现,扫气口开启角度、排气口开启角度和扫气口圆周角对充量系数影响较大,随着这3个量的增加,充量系数下降,扫气效果变差,导致功率下降;同时随着排气口开启角度的增加,逃逸比迅速减小,有利于排放。在三维瞬态分析的基础上提出优化方案:扫气口开启角度为123.1°CA,排气口开启角度为112.1°CA,扫气口圆周角为72.5°。试验结果表明改进方案功率增加了22.4%,HC排放降低了55.1%。应用数值模拟,可以有效地优化汽油机的扫气过程。

二冲程汽油机扫气过程多维数值模拟及扫气系统优化设计

本文采用多维数值模拟方法对二冲程发动机的扫气过程进行优化。对原型机(小型HS 510航空发动机)的扫气过程数值模拟发现:在缸内存在环流和涡流。环流在贴近气缸附近较强,可以将废气排出气缸;而在气缸中部较弱,难以将废气彻底排出。涡流的存在则降低了发动机的扫气效率。原型机的扫气过程同理想的扫气过程相比有相当大的差距。在原型机扫气过程数值模拟的基础上,改进扫气系统设计,将扫气口由原来的两个增加到五个。对改型机数值模拟发现缸内没有形成涡流。计算和试验结果表明发动机的扫气效率得到了提高,且发动机的功率提高11%。

二冲程发动机扫气过程试验方法的研究

在A.Jante二冲程发动机扫气性能评价方法──—“扫气图”法的基础上，提出一种准稳定流动模拟试验的新方法，用“时均流量”（或时均速度）评价扫气性能的品质。经过在15A型和50A型摩托车发动机上的实机试验，证明了这是一种较好的测试和评价方法。

进排气结构参数对微型自由活塞发动机扫气过程影响的数值模拟研究

在微型自由活塞动力装置单缸压燃的研究下,结合单次冲击燃烧可视化试验,针对简化模型的进排气口间距L、进气道倾角α、排气道倾角β,进气道孔径D_(in)及排气道孔径D_(out)展开数值模拟计算以应用于双气缸研究中,使整个运行工况更加平稳且高效。当进、排气口间距不断增大,其换气过程的扫气效率逐渐下降;进气口与排气口的扫气角成一定夹角时,在燃烧室内形成气流涡旋,可以提高其扫气效率。当进气道、排气道孔径不断增大时,扫气效率呈现先上升后下降的趋势,也进一步说明孔径对其扫气过程有明显影响。分析表明进排气结构最佳设计尺寸为:进排气口间距1.0 mm,进气道倾角30°,排气道倾角60°,进气道孔径0.5 mm,排气道孔径0.6 mm,该设计尺寸为研究微型自由活塞发动机双气缸换气过程做了理论铺垫。

二冲程柴油机设计参数对扫气过程的影响

利用多维数值模拟方法 ,对二冲程柴油机倒拖情况下的进、排气过程进行模拟 ,研究转速变化、进气口仰角变化对扫气过程的影响。

二冲程汽油机扫气过程瞬态模拟研究

利用CFD软件Fire对二冲程汽油机扫排进气道-曲轴箱-气缸系统流场进行了三维瞬态模拟,动态再现了扫气过程缸内气流运动和废气分布情况.模拟计算发现,气缸上部流场以两个对称环流和滚流为主,靠近扫气口的下部则以4个径向涡流以及短路损失为主.随着扫气的进行,气缸内的新鲜充量区域和混合区域不断增大,废气区域不断减少,活塞到达下止点时,废气区域基本消失.计算结果表明,曲轴箱和扫气道的压力变化并不相同,曲轴箱压力波动对扫气道和缸内的流场有一定影响.

二冲程汽油机扫气过程的CFD数值模拟与试验研究

利用CFD软件FLUENT对1E40F型小型汽油机的扫气过程进行数值模拟,通过对不同扫气道结构的扫气道内流场进行研究,发现活塞顶的形状对内流场会产生一定影响。由于扫气口对称,在内流场形成过程中会出现对称的环流与滚流,且在靠近扫气口下部会出现径向涡流,这在一定程度上不利于废气排出,并出现新鲜工质短路损失。将原机活塞圆形凸顶改为凹坑阶梯形,计算发现缸内气体流动更加有序,短路损失相对降低,试验结果表明,改形的活塞顶对发动机的动力性、经济性和排放性都有很大改善。

对置式液压自由活塞发动机扫气过程的仿真

根据所开发的对置式液压自由活塞发动机样机的基本参数,基于AVL FIRE平台建立了缸内流场的三维仿真模型.分析了扫气口几何参数、活塞下止点停留时间对扫气过程的影响,探讨了利用扫气口几何参数实现缸内混合气分层的方法.结果表明:扫气口径向夹角为5°时,扫气效率和扫气捕获率都达到最大值;随着活塞下止点停留时间的加长,扫气效率呈现先提高再稳定的过程,扫气捕获率则随停留时间的加长而单调下降;采用较大的扫气口径向夹角,可以在压缩上止点附近,实现缸内轴心处废气浓度高、外围废气浓度低的分层分布.

双对置二冲程柴油机扫气过程的进气口结构影响规律

针对对置活塞、对置汽缸(OPOC)柴油机的结构特点,基于ANSYS Fluent软件对一款典型的OPOC柴油机扫气过程建立了三维仿真模型,模型主要涉及柴油机进气道和进气口部分、排气道和排气口部分以及内、外活塞之间的气缸部分,由此研究了进气口结构对双对置内燃机扫气过程的影响规律。研究结果表明:当涡流排高度比从0.37增大到0.63时,进气口面积随之减小,进气量减少,扫气效率下降;当涡流排高度比为0.5时,涡流排径向倾角由8°增大到40°,缸内涡流比和实际进气量均随之增大,涡流排倾角为34°时缸内涡流比和实际进气量达到最大且扫气过程最为理想。该结果可为二冲程柴油机的动力性、经济性和排放性研究提供参考。

二冲程汽油机扫气过程的模拟

对二冲程汽油机的扫气过程进行了数值模拟,计算发现扫气口仰角对缸内气流有影响,由于扫气口对称布置,扫气过程中形成径向环涡,有助于缸内气体的混合。轴向出现滚流,并且一直持续到上止点附近。

E150系列柴油机扫气过程的计算与试验分析

介绍了E150系列二冲程柴油机的扫气过程的测试与三维数值模拟。根据对结果的分析提出了改进方案。

气阀式二冲程柴油机扫气过程仿真

针对气阀式二冲程柴油机扫气过程优化问题,在侧向直气道结构基础上设计了一种顶端入口切向进气道结构,该结构在接近入口区域设计为切向气道,同时在进气道出口处设计一种导气屏结构.该进气道结构可强制新鲜充量沿气缸壁面进入缸内,产生一定强度的逆滚流.通过对3 000 r/min全负荷工况下的二冲程扫气过程进行三维模拟计算,重点研究进气道结构对扫气过程中气流运动、残余废气分布及扫气特性的影响.结果表明:与侧向直气道结构相比,逆滚流气道结构下扫气路线得到优化,进气短路现象得到一定程度的改善,扫气效率提高了10.8%,新鲜充量捕获率提高了9.3%.

二冲程汽油机扫气过程模拟试验方法的评价

在讨论摩托车二冲程汽油机扫气过程评价指标和影响扫气的几何参数的基础上,总结了二冲程汽油机扫气过程的模拟试验方法。通过比较和分析,提出扫气图法中的静态扫气试验是一种较好的试验和评价方法,其他模拟试验方法也都各有所长,对于静态扫气试验是很好的补充。

变工况条件对船用二冲程低速柴油机扫气过程的影响

在船用二冲程低速柴油机中,扫气过程的优劣直接关系到发动机的各项特性,在前期研究中主要以扫气口结构为主要研究方向,但发动机循环是一个瞬变的动态过程,因此需要针对扫气过程的不同阶段及不同环境因素开展性能分析,以便在扫气全过程内改善扫气性能.本研究基于扫气流动试验台,通过三维激光粒子测速系统,对不同工况条件下的稳态扫气过程进行了光学实验研究.结果表明:改变扫气压差、扫气口开度以及排气门升程均会对流通能力产生一定影响,但对涡流的影响不大;扫气口开度降低及排气门升程较低均会改善扫气均匀性,利于在一定程度上提升扫气效率,但根本上改善扫气均匀性的因素仍然是扫气口结构.

二冲程柴油机扫气过程数值模拟分析

建立6S50MC二冲程柴油机气缸直流扫气三维模型,利用三维流体动力学(CFD)仿真软件FIRE,研究扫气口设计参数对换气过程的影响,特别是对排气口开启初期废气倒流现象有了更精确的模拟和合理的解释。此外,对不同气口设计方案下的缸内残余废气浓度随曲轴转角的变化过程作了细致描述,并针对扫气口仰角变化对换气过程的影响作了进一步探讨。研究结果表明:二冲程柴油机排气阀开启时刻对扫气初期的废气倒流现象影响较大,且开启时刻越迟,废气倒流越明显;二冲程柴油机扫气口设计仰角越大,越利于初期扫气,但新旧气体混合也比较严重,对后期扫气不利。因此,对于额定转速较高的二冲程柴油机,由于扫气过程时面值较小,适合设计一定的仰角以增大初期扫气量;反之,取消扫气口仰角,则更有利于提高二冲程柴油机整个换气过程的换气质量。

船用低速柴油机扫气口结构对涡流比影响数值模拟与试验研究

船用二冲程柴油机扫气过程中的缸内流场直接影响着燃油的雾化情况,进而也对燃烧过程与排放水平有所影响,涡流比是评价缸内流场湍流强度的一项重要指标。本文首先用数值模拟的方法对某型二冲程船用柴油机进行建模,计算得到不同扫气口结构下的扫气过程的涡流比数据。随后,参考相关测试方法,结合相似准则,设计并进行了扫气口稳流试验。试验结果表明,试验能有效评估不同结构扫气口产生缸内流场涡流的能力,且试验结果与数值模拟结果在趋势上符合程度较好。