柴油机喷嘴喷孔内气液两相湍流场三维数值模拟

柴油机喷嘴内部空穴流动是影响喷雾特性极为重要的因素。在开发了喷嘴流动区域三维实体参数化生成软件的基础上,对完全发展了的空穴流动建立起三维空穴两相流动数学模型,提出将计算区域的出口边界延伸至气缸内部,以减小出口对喷孔内部求解区域的影响。对多孔垂直喷嘴进行了喷孔内部空穴两相湍流流动的三维数值模拟,得出喷嘴内部燃油流动的压力降基本发生在喷孔入口处,喷孔入口锐边过渡,使得该处必定出现空穴现象,且会延伸至喷孔出口,增加液流紊乱,引起燃油在喷孔出口的初次雾化。

燃烧室几何尺寸对喷雾碰壁过程的影响

运用CFD软件对小缸径柴油机三种燃烧室进行了两相喷雾碰壁过程的数值模拟,考察了不同燃烧室形状对碰壁后燃油沿壁面运动、蒸发过程的影响,并比较了近壁面区域燃油浓度和缸内速度场的分布情况.结果表明,燃烧室的几何尺寸对缸内流场有着重要影响,不同的燃烧室对碰壁处燃油堆积程度明显不同,φ℃A=380°时,B型燃烧室燃油堆积情况较A型与C型严重,这主要受凹坑内壁面不同曲率的影响.当活塞运行到φ℃A=390,°碰壁点移动到挤流唇时,进入挤流区的燃油受缸内逆挤流的影响,其发展形态存在很大差异,A型与B型燃烧室油束前锋略微翘起,将有助于避免与缸壁发生“淬冷”,降低未燃HC的排放.在φ℃A=400°时,活塞下行使三种燃烧室后期的流场涡团各异,并直接影响燃油蒸气的分布.

高压共轨直喷柴油机缩口燃烧室内混合气形成的多维数值研究

改进设计了高压共轨直喷式柴油机缩口型燃烧室,利用FIRE软件针对不同燃烧室结构对燃烧室内气流特性的影响进行了多维数值模拟。研究了高压共轨喷射系统与缩口直喷式燃烧室匹配时不同喷射参数对燃烧室内流场、浓度场和温度场分布特性的影响,以及混合气形成过程的微观特性。研究结果表明:改进后的缩口直喷式燃烧室能够合理地利用喷雾的动能,提高燃烧室内的气流强度及其保持性,从而加强燃烧开始后燃油与空气的混合能力,促进扩散燃烧过程。因此,合理的燃烧室形状配合喷射时刻和压力的有效控制能在提高发动机性能的同时降低排放,是高压共轨直喷式柴油机实现高效率低排放的有效途径。

燃烧室形状对缸内气流运动影响的数值模拟

为研究缸内气流运动规律,探索燃烧室形状对挤流的影响,在柴油机的压缩和膨胀工况下,应用STAR CD程序对不同几何形状的燃烧室内气流运动进行三维数值模拟。计算结果表明,缩口燃烧室具有较大的挤流强度,较长的涡流持续期,涡流的分布较合理,有利于混合气的形成,可加速扩散燃烧;直口燃烧室性能相对较弱;敞口燃烧室性能最弱。燃烧室的收口程度和底部凸台的形状是影响挤流的两个重要因素。燃烧室偏心造成缸内流场的不对称,影响了混合气的形成,不利于燃烧。

6110柴油机进气过程流动的多维瞬态数值模拟研究

柴油机进气过程中气体流动是强瞬变的非定常三维湍流运动,直接影响到充气效率、缸内气流状态及进气道和缸内壁面换热,因而也影响到燃油雾化、燃烧及有害废气生成等,对柴油机的动力性、经济性起着重要作用。因此,本文利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE对6110柴油机进气过程的气体流动进行多维瞬态数值模拟研究,通过计算可以得到不同时刻进气道和缸内流场分布,为柴油机进气系统的优化设计提供重要的理论依据。

预燃室三维湍流和燃烧过程的数值模拟 (Ⅰ)计算模型和方法

对液氧 煤油液体火箭发动机的预燃室进行三维湍流流动与燃烧过程的数值模拟。流动采用圆柱坐标系中的三维N S方程组 ,并用k ε双方程湍流模型闭合 ,用同位网格和SIMPLE算法求解 ,源项进行线性化处理以便于收敛 ;离散后的方程采用SIP法求解 ;燃烧采用单步快速不可逆化学反应 ;喷注单元和预燃室头部的喷雾可以考虑液滴颗粒轨道模型 (PSIC)。针对液氧 煤油液体火箭发动机的预燃室建立了耦合计算软件 ,通过考核算例获得燃气流场。

预燃室三维湍流和燃烧过程的数值模拟(Ⅱ)数值模拟结果及分析

用三维湍流N S方程和单步快速不可逆化学反应描述液氧 煤油液体火箭发动机预燃室内的三维湍流和燃烧过程。采用同位网格和SIMPLE算法求解控制方程 ,得到了喷注单元和预燃室内参数的详细分布。结果表明 ,预燃室结构设计合理 ,其出口处燃气浓度、温度分布均匀 ,质量加权平均温度与实际温度接近。同时表明 ,预燃室头部的喷注单元和液氧二次喷注孔的结构排列 ,喷注单元的流动和燃烧状况 ,液氧二次喷注孔的入口参数等 。

柴油机缸内流场的三维瞬态数值模拟

利用AVLFire软件对3105柴油机的进气、压缩过程进行了三维瞬态数值模拟,得到了两种形状燃烧室详细的流场结构。在进气冲程和压缩冲程初期,燃烧室对缸内气流运动影响不大。在压缩上止点附近,燃烧室形状对缸内气流运动有重要影响:A型燃烧室(直口ω形)内挤流速度明显低于B型燃烧室(带有凸台的微缩口形),说明减小燃烧室开口直径能有效的增强挤流;A型燃烧室在压缩终了形成了两对不对称的挤流涡团,B型燃烧室形成了几乎对称的两对挤流涡团,可见中间凸台对气流有良好的导向作用。

固体火箭发动机燃烧室三维流场数值模拟

利用ＳＩＭＰＬＥ方法数值求解层流Ｎ－Ｓ方程，模拟了具有移动边界的固体火箭发动机燃烧室内的三维流场。网格划分采用交错网格技术，流场计算时不进行网格划分，而是直接读取网格点的值，将网格划分与流场计算分开，解决了现有计算机内存不够的问题。计算获得了满意结果。

翼柱型装药燃烧室三维非定常湍流的数值模拟

采用k ε双方程湍流模型 ,以SIMPLE计算程式结合TDMA法求解翼柱型装药固体火箭发动机燃烧室内三维非定常不可压流N S方程。在建立翼柱型装药简化模型的基础上 ,采用边界标志法来表达燃面推移 ,采用从二维到三维的初场给定方法结合多重网格法 ,求出了多个时间步的非稳态流场结构。计算结果表明 :燃烧室内旋涡运动呈现一定的空间与时间分布 ,周向加质导致燃气通道横断面上轴向速度分布的极不均衡。

单总管排气系统多维非定常湍流数值模拟

采用任意拉格朗日－欧拉法，对柴油机三缸排气管进行二维非定常湍流数值模拟．湍流模型采用亚网格尺度模型，入口边界的流动随排气相位变化．模拟结果显示：当排气管处于一个缸排气时，流动出现很强的旋涡、回流及高压区；而当两个缸同时排气时，旋涡区消失，回流和高压区有较大的削弱．

船闸闸墙长廊道输水系统闸室三维流场数值模拟研究

采用流场计算分析软件Fluent,在利用实测数据对数值模型进行验证后,建立三维数学模型模拟计算了船闸闸墙长廊道输水系统充水过程中的闸室流场,并对输水过程中闸室流场垂向演变规律进行了分析。研究表明:在尺度空间一定和各孔射流比较均匀的条件下,增加侧支孔的数量,漩涡数量增加,漩涡范围减小,有利于船体停泊。

柴油机燃烧室流场三维数值模拟分析

柴油机燃烧室的设计，通常以经验设计为主，要通过实机实验，比较得到较优燃烧室形状，周期长，费用高。本文通过模拟不同形状燃烧室内的三维流场，分析缸内气流运动规律，评述了不同燃烧室形状的优缺点。

不同结构燃烧室内流场的三维模拟

利用AVLFire软件对105柴油机进气、压缩过程进行三维瞬态数值模拟,模拟结果给出了两种形状燃烧室详细的流场结构。在压缩上止点之前,A型燃烧室(直口ω形)内挤流速度明显低于B型燃烧室(缩口ω形),压缩上止点后B型燃烧室逆挤流强度大,持续时间长,说明缩小燃烧室开口直径能有效增强挤流和逆挤流;B型燃烧室的湍流强度明显高于A型燃烧室,B型燃烧室最大湍动能约为A型燃烧室的两倍。

单总管排气系统始端模件多维流场的测量与数值模拟

利用三维粒子动态分析仪，对一单总管排气系统始端模件稳态湍流流场进行了准三维测量，并用ALE法对其流场进行了三维数值模拟。计算结果与试验结果吻合良好，反映了模件流场的三维特征。

三维不可压流动有限元数值模拟

用原始变量带涡量的伽辽金有限元法计算三维定常不可压Ｎ－Ｓ问题，克服了过去由于速度和压力导数不同阶而不得不采用不同阶插值函数的困难。引入牛顿法线化Ｎ－Ｓ方程，使得用有限元离散后的大型代数方程组线性化，用高斯－赛德尔迭代法求解。算例为三维方穴驱动和带潜入锥的固体火箭发动机燃烧室轴对称加质流动。三维方穴驱动的计算结果与文献值相近。

燃烧室形状对柴油机缸内气流运动影响的数值模拟研究

为了研究燃烧室形状对柴油机缸内气流运动的影响,利用AVL Fire软件对三种不同凸台形状的缩口型燃烧室内的气流运动进行数值模拟。研究表明,凸台形状对缸内气流运动有较大的影响。锥形凸台和球形凸台比平底凸台更有利于挤气涡流的形成和发展,平底凸台燃烧室具有更好的涡流强度保持性和更合理的湍动能分布。

一种适于双燃料发动机的燃烧室设计

针对柴油-天然气双燃料发动机的关键共性技术问题以及双燃料发动机低负荷工况热效率低、CH4排放高等现象,从燃烧室优化设计角度入手,通过增强缸内湍流流动改善混合气燃烧,进而提高发动机的经济性,降低CH4排放性。利用STAR-CD软件建立了数值模拟平台,并进行了有效性验证。通过对原机1 335r/min,218N·m工况下缸内微观燃烧参数场变化进行分析,设计了一种新型燃烧室以增强缸内流动、加快燃烧速度。研究结果表明,和原机相比,新型燃烧室能够有效地增强缸内湍流流动,最高燃烧压力提高了近25%,天然气剩余率从28.6%降到0.5%,提高了燃烧的质量,改善了发动机的经济性和排放性。