二冲程发动机燃烧模型设计与仿真(附件)
对发动机燃烧过程和特性的研究一直是发动机研究的重点。通过对发动机燃烧过程和特性的模拟研究，不仅有助理解燃烧机理，还可以对发动机性能进行预测；并且通过改变各种运行参数，可以对新发动机的预研设计以及旧发动机的性能改善提供指导。 发动机缸内空气运动对混合气的形成和燃烧过程有决定性影响,因而也会影响发动机的动力性。
本文采用 F I RE 软件以某型二冲程发动机为研究对象，建立其燃烧室三维模型，运用AVL/FIRE软件建立燃烧室有限元模型，计算分析主要参数对发动机燃烧性能的影响关系，得到发动机的燃烧过程的以及流场流速的分布情况为燃烧室的优化设计等的研究提供了基础。
关键词：燃烧模型 ， CFD分析， AVLFIRE软件，燃烧性能
目 录
1 绪论 1
1.1本课题研究的背景及意义 1
1.2发动机的燃烧模拟 2
1.3 国内外燃烧模型模拟仿真应用 2
1.4 目前内燃机工作仿真技术的存在问题与发展方向 4
2 fire软件简介5
3 影响发动机燃烧过程的因素 5
3.1 影响汽油机燃烧的因素5
3.1.1 点火提前角对汽油机燃烧过程和特性的影响5
3.1.2 进气压力对汽油机燃烧过程和特性的影响 6
3.2 影响柴油机燃烧的因素 6
3.2.1进气压力对柴油机燃烧的影响 6
3.2.2 进气温度对柴油机燃烧的影响7
4 燃烧室模型定网格的生成 7
4.1 载入工程文件 7
4.2 快速生成2D网格 7
4.3 建议生成2D网格（本次选用） 8
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
5 燃烧室模型动网格的创建 10
5.1 创建曲轴转角为340oCA时的空气状态的网格和Selections 10
5.2 建立HD_Engine_180的Selections 11
5.3移动网格从180?CA到320?CA 12
5.4生成在曲轴转角为320?CA处的在分区网格12
5.5移动网格从320?CA到340?CA 13
5.6生成在曲轴转角为340?CA处的在分区网格 14
5.7移动网格从340?CA到360?CA和移动网格从360?CA到380?CA15
5.8移动网格从380?CA到400?CA和移动网格从400?CA到540?CA 15
5.9 网格的移动演示 16
6 求解器设置 16
6.1 run mode 16
6.2 module activation（模块激活）17
6.3 边界条件设置17
6.4 fluid properties（流体性质） 19
6.5 初始条件的设置19
6.6 solver control(求解器控制) 20
6.7 output control（输出结果控制）21
6.8 modules(模块) 22
7 计算与结果25
7.1 开始计算25
7.2 计算的监控25
7.3 post-processing(后处理)26
8 后续优化方案29 参 考 文 献30
1 绪论
1.1本课题研究的背景及意义
意义：
内燃机自问世以来,经过一百多年的发展已经成为现代社会工农业生产和交通运输中最主要的动力源之一,尤其在作为可移动动力源方面,由于其具有安全可靠、功率重量比大、补充燃料容易等特点,更占据了绝对优势。据统计,内燃机发出的功率约占移动动力装置的。然而,正是由于内燃机数量之多、分布之广,它对能源与环境的影响特别显著。一方面它主要燃用石化燃料,据统计,内燃机所消耗的能源占世界石油总消耗量的,而石油是一种非再生能源,按照目前的消耗率,在今后几十年内可能会消耗殆尽,这使得全球范围内的能源危机问题日渐突出另一方面,它排出的废气中含有大量有害物质,造成环境污染并危害人类身心健康,尤其是在大中城市的大气污染中,内燃机的有害排放量约占总排放量的。世纪年代以来,世界范围内的能源短缺和控制污染的强烈呼声迫使人们在理论和实验两方面大大加强了对内燃机燃烧的研究,以期达到节能和净化的目的。
背景：
发动机以其良好的动力性、经济性得到越来越多的应用,然而随着发动机保有量的增加,它的大量使用给人类社会带来了一些尖锐的、不可回避的问题。
一方面,它主要燃用石化燃料,而石油是一种无法短期再生的资源,按照目前的消耗率,地球上的石油燃料在今后几十年内可能会消耗殆尽,由于发动机的燃油耗在世界能源消耗中占有举足轻重的地位,所以降低发动机油耗一直是共同关注的问题。
另一方面,柴油机排出的大量废气是造成地球环境污染的根源之一,它严重影响了人类自身的身体健康。在世界上一些大城市,汽车所造成的污染已经到了令人无法容忍的程度。对柴油机而言,燃烧系统的不断完善,已经使和的排放指标比较容易达到,其主要有害排放物是和颗粒。在人体内与红血球结合后,会氧化生成血红炕,造成人体中枢神经障碍则易对人体气管和肺部功能产生障碍而颗粒排放则是诱发人体心血管疾病、哮喘和癌症的重要因素之一。因此,世界各国对柴油机有害排放物纷纷制定了日益严格的排放法规。车用柴油机的排放以CO和微粒物为主,而且近些年来由于温室效应引起全球变暖的问题,的排放量也受到越来越广泛的重视并被一些发达国家写入了法规。迄今为止全球的主要车用柴油机排放法规主要以美国、欧洲、和日本为主，其中最为严格的当数美国加州地区的限制法规。
1.2 发动机的燃烧模拟
内燃机的燃烧模拟是整个内燃机工作循环模拟的中心环节。即使在常规的火花点火式内燃机中,很多模型假定燃料和空气是预混合的,燃烧过程仍然是在一个三维的随时间变化的紊流中发生的,燃料由几百种不同的有机化合物混合而成,其燃烧化学特性所知不多,而且发生燃烧的燃烧室其形状随时间而变,其移动壁面直接影响过程的进展。在柴油机和其他燃料喷射内燃机、以及某些类型的分层充量内燃机中,由于燃料在燃烧室中的不均匀分布以及燃料与空气混合过程的重要性,燃烧过程更加复杂。
内燃机燃烧过程的数学模型,主要指描述内燃机工作过程中缸内流动工质的传质、传热的流体力学与热力学行为的一组物理和化学的数学方程式。它从内燃机有关工作过程的物理化学模型出发,用微分方程对有关工作过程进行数学描述,然后用数值计算法联立求解上述微分方程组,求得各参数随时间变化的规律,进而可以了解有关各参数对内燃机性能的影响。由于内燃机中燃烧过程的复杂性,理论上燃烧过程中缸内各种场函数r(压力、温度、产物浓度等)随时间和空间瞬时变化,即场函数是随时间和三维空间共四个变量变化。。由于燃烧过程的这一特点,使得用理论公式对它进行描述非常困难,不仅要用到化学热力学反应、流体力学、传热传质学等学科领域中的成果,而且还要对内燃机实际燃烧过程进行各种假设,以保证主要现象模拟的准确性。假设条件是模型的核心,而且也是划分模型的标志。人们在相应的研究中针对各种特定的研究对象,对问题采用不同的处理方法,提出了各种燃烧模型。燃烧模型通常按维数分为零维模型、准维模型及多维模型三类。
1 绪论 1
1.1本课题研究的背景及意义 1
1.2发动机的燃烧模拟 2
1.3 国内外燃烧模型模拟仿真应用 2
1.4 目前内燃机工作仿真技术的存在问题与发展方向 4
2 fire软件简介5
3 影响发动机燃烧过程的因素 5
3.1 影响汽油机燃烧的因素5
3.1.1 点火提前角对汽油机燃烧过程和特性的影响5
3.1.2 进气压力对汽油机燃烧过程和特性的影响 6
3.2 影响柴油机燃烧的因素 6
3.2.1进气压力对柴油机燃烧的影响 6
3.2.2 进气温度对柴油机燃烧的影响7
4 燃烧室模型定网格的生成 7
4.1 载入工程文件 7
4.2 快速生成2D网格 7
4.3 建议生成2D网格（本次选用） 8
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
5 燃烧室模型动网格的创建 10
5.1 创建曲轴转角为340oCA时的空气状态的网格和Selections 10
5.2 建立HD_Engine_180的Selections 11
5.3移动网格从180?CA到320?CA 12
5.4生成在曲轴转角为320?CA处的在分区网格12
5.5移动网格从320?CA到340?CA 13
5.6生成在曲轴转角为340?CA处的在分区网格 14
5.7移动网格从340?CA到360?CA和移动网格从360?CA到380?CA15
5.8移动网格从380?CA到400?CA和移动网格从400?CA到540?CA 15
5.9 网格的移动演示 16
6 求解器设置 16
6.1 run mode 16
6.2 module activation（模块激活）17
6.3 边界条件设置17
6.4 fluid properties（流体性质） 19
6.5 初始条件的设置19
6.6 solver control(求解器控制) 20
6.7 output control（输出结果控制）21
6.8 modules(模块) 22
7 计算与结果25
7.1 开始计算25
7.2 计算的监控25
7.3 post-processing(后处理)26
8 后续优化方案29 参 考 文 献30
1 绪论
1.1本课题研究的背景及意义
意义：
内燃机自问世以来,经过一百多年的发展已经成为现代社会工农业生产和交通运输中最主要的动力源之一,尤其在作为可移动动力源方面,由于其具有安全可靠、功率重量比大、补充燃料容易等特点,更占据了绝对优势。据统计,内燃机发出的功率约占移动动力装置的。然而,正是由于内燃机数量之多、分布之广,它对能源与环境的影响特别显著。一方面它主要燃用石化燃料,据统计,内燃机所消耗的能源占世界石油总消耗量的,而石油是一种非再生能源,按照目前的消耗率,在今后几十年内可能会消耗殆尽,这使得全球范围内的能源危机问题日渐突出另一方面,它排出的废气中含有大量有害物质,造成环境污染并危害人类身心健康,尤其是在大中城市的大气污染中,内燃机的有害排放量约占总排放量的。世纪年代以来,世界范围内的能源短缺和控制污染的强烈呼声迫使人们在理论和实验两方面大大加强了对内燃机燃烧的研究,以期达到节能和净化的目的。
背景：
发动机以其良好的动力性、经济性得到越来越多的应用,然而随着发动机保有量的增加,它的大量使用给人类社会带来了一些尖锐的、不可回避的问题。
一方面,它主要燃用石化燃料,而石油是一种无法短期再生的资源,按照目前的消耗率,地球上的石油燃料在今后几十年内可能会消耗殆尽,由于发动机的燃油耗在世界能源消耗中占有举足轻重的地位,所以降低发动机油耗一直是共同关注的问题。
另一方面,柴油机排出的大量废气是造成地球环境污染的根源之一,它严重影响了人类自身的身体健康。在世界上一些大城市,汽车所造成的污染已经到了令人无法容忍的程度。对柴油机而言,燃烧系统的不断完善,已经使和的排放指标比较容易达到,其主要有害排放物是和颗粒。在人体内与红血球结合后,会氧化生成血红炕,造成人体中枢神经障碍则易对人体气管和肺部功能产生障碍而颗粒排放则是诱发人体心血管疾病、哮喘和癌症的重要因素之一。因此,世界各国对柴油机有害排放物纷纷制定了日益严格的排放法规。车用柴油机的排放以CO和微粒物为主,而且近些年来由于温室效应引起全球变暖的问题,的排放量也受到越来越广泛的重视并被一些发达国家写入了法规。迄今为止全球的主要车用柴油机排放法规主要以美国、欧洲、和日本为主，其中最为严格的当数美国加州地区的限制法规。
1.2 发动机的燃烧模拟
内燃机的燃烧模拟是整个内燃机工作循环模拟的中心环节。即使在常规的火花点火式内燃机中,很多模型假定燃料和空气是预混合的,燃烧过程仍然是在一个三维的随时间变化的紊流中发生的,燃料由几百种不同的有机化合物混合而成,其燃烧化学特性所知不多,而且发生燃烧的燃烧室其形状随时间而变,其移动壁面直接影响过程的进展。在柴油机和其他燃料喷射内燃机、以及某些类型的分层充量内燃机中,由于燃料在燃烧室中的不均匀分布以及燃料与空气混合过程的重要性,燃烧过程更加复杂。
内燃机燃烧过程的数学模型,主要指描述内燃机工作过程中缸内流动工质的传质、传热的流体力学与热力学行为的一组物理和化学的数学方程式。它从内燃机有关工作过程的物理化学模型出发,用微分方程对有关工作过程进行数学描述,然后用数值计算法联立求解上述微分方程组,求得各参数随时间变化的规律,进而可以了解有关各参数对内燃机性能的影响。由于内燃机中燃烧过程的复杂性,理论上燃烧过程中缸内各种场函数r(压力、温度、产物浓度等)随时间和空间瞬时变化,即场函数是随时间和三维空间共四个变量变化。。由于燃烧过程的这一特点,使得用理论公式对它进行描述非常困难,不仅要用到化学热力学反应、流体力学、传热传质学等学科领域中的成果,而且还要对内燃机实际燃烧过程进行各种假设,以保证主要现象模拟的准确性。假设条件是模型的核心,而且也是划分模型的标志。人们在相应的研究中针对各种特定的研究对象,对问题采用不同的处理方法,提出了各种燃烧模型。燃烧模型通常按维数分为零维模型、准维模型及多维模型三类。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/qcgc/1710.html
