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与本课题有关的国内外研究情况： 柴油转子机作为一种新型的三角转子旋转式发动机，具有体积小、重量轻、运转平稳、高速性能好等转子发动机固有特点，是多种军用装备及中小型飞机、无人机等的理想动力[1][2]．特别是其体积小、重量轻，可燃用柴油等特点，决定了其适用于军事装备配套动力及中小型航空动力，尤其是对发动机尺寸、重量及燃料种类有苛刻要求的动力设备。它的应用对实现军用装备小型化、轻量化、提高野战的机动灵活性，有重要意义。 我国从事转子发动机的研制已有30余年，走过的道路是坎坷而又艰辛的，60年代是国内转子发动机蓬勃发展的时期，在鼎盛时期我国研制三角转子发动机的单位超过152家[3]。但由于密封、燃油经济性等技术难题，发展有些滞缓。直到改革开放，转子发动机技术得到了突破性进展，并逐渐进入商品化阶段。近几年，无论是基础理论研究还是实用机型开发，汽油转子发动机研究较多，而多燃料转子发动机的研究尚处于起步阶段。中南大学周乃君、高宏亮[4]等人利用商业软件初步建立了柴油转子发动机二维数值模拟模型;北京理工大学的吴进军等[5]开展了高压共轨式柴油转子发动机ECU研制及实验研究。 日本的马自达公司是目前唯一将转子发动机技术量产的汽车厂商。如今，全球的环保意识日益增强, 石油资源日渐枯竭, 用氢气做动力源的研究已成为一大热门。而转子发动机从结构上讲是最适合用氢气当燃料的, 马自达公司改制了跑车的转子发动机, 使它可以以氢气作为动力源。 美国是世界上最早开展多燃料转子机研制的国家，美国的多种燃料转子机之所以能不断的逐步走向市场特别是军用领域，主要是因为多种燃料转子发动机一个主要的优点：它可燃用汽油、柴油、航空煤油等各种常见石油燃料，这极大的扩大了其工作范围及通用性，并且直接喷射分层燃烧技术、专用的电控高速燃油喷射系统、废气涡轮增压、计算流体动力分析技术(CFD)等在转子发动机上应用使得其燃烧效率得到了不断的提高。据美国航空航天局的专家预计，今后的发展趋势是继续采用新技术，如用CFD技术对转子燃烧室形状进行优化设计，采用空气辅助喷射来降低摩擦损失，钛转子、氮化硅径向密封片和复式增压等多种技术，有望使多燃料转子机的比油耗降低, 明显强于往复式活塞柴油机的先进水平，应用领域应仍以军用为主。 德国的汪克尔转子发动机公司(Wankel Rotary GmbH)主要开发了单缸排量407 cm3、双缸814 cm'的小型柴油转子发动机，额定功率分别为20 kW／6000 r／rain和40 kW／6000 r／min，可燃用重燃料、柴油、JetA或F一34、54等航空燃料。 近十年来世界范围内柴油发动机多种新技术获得了快速发展，特别是柴油机电控及高压共轨燃油喷射等技术已经代表着高性能柴油机的发展方向，成为提高经济性和动力性能、降低噪声，减少废气捧放等的重要技术措施。柴油机高压喷射和电控化的发展趋势在国内外已经成为了普遍共识m1．为此，如何在当前的柴油转子机研制中引入这些新技术，特别是直喷式柴油转子发动机喷油参数的优化设计，已成为当前柴油转子机研制中的一个重要课题，并将是新时期下开发柴油转子发动机的一个重要方向。 面对国际上如此紧迫的形势, 我们应加快研究转子发动机的步伐，带动我国相关产业的技术进步和更新换代。 参考文献： [1] 多种燃料转子发动机及发电机组可行性研究报告 机械科学研究院2002年 [2] 杨道荫，粱建光等.多种燃料转子发动机技术及其发展.中国动力[程学会四十周年论文集 2002 [3] 梁健光, 杨道荫. 我国转子发动机的发展与展望〔J〕.动力工程, 1997 , 17(5) [4] 裴海灵, 周乃君, 高宏亮. 三角转子发动机的特点及其发展概况综述〔J〕.内燃机，2006，3：1-3 [5] 吴进军，李雪松，王尚勇，杨青，肖扬.高压共轨系统在柴油转子发动机上的应用研究（J）.内燃机工程, 2006,27(5):6-10 |
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本课题研究的主要内容及方法： 转子发动机燃烧室内的气体流动宏观上是单向流动，会在上止点附近产生强烈的横向挤流。因此柴油转子机的研究多采用直接喷射分层燃烧技术。共轨系统及合理组织燃烧的设计方案成为柴油转子发动机的核心，而燃油和空气的混合过程以及燃烧过程又是研究分层燃烧的关键所在，故优化直喷式柴油转子发动机喷油参数是非常必要的。 燃油系统的设计方案有单喷油器和双喷油器两种，单喷油器中喷孔之间的角度对燃油喷射影响较大：角度较小时燃油会直接喷射到缸壁上，喷射角度较大时燃油会直接喷射到转子表面并反弹到燃烧室内或者转子凹坑内，选择较好的角度对形成较好的燃烧组织很重要。双喷油器的设计方案中可采用主喷油器安装在上止点前，引燃喷油器及点火源在上止点后。转子运动到引燃喷油正时，引燃喷油器开始喷射一定量的燃油，接近1300度左右的电热塞，经过一定的滞燃期开始燃烧；在主喷油正时主喷油器开始喷油，由电热塞点燃的引燃喷油作为稳定的点火源，对主喷油形成稳定的点火作用。 由于转子发动机数量少且市场需求量低，制造商们发展该项技术的难度相应加大。因此，在这项工作中，先进的模拟工具是需要的。发动机过程模拟可以优化概念，并可以用更少的成本且更快的进行评估。参考现有的研究成果，本设计计划在FLUENT软件基础上建立柴油转子发动机二维动态模拟模型，并进行转子发动机缸内工作过程的仿真计算，通过改变一系列参数（喷射时刻、喷射方向、喷射延时期、喷射角度、喷射压力、喷射位置等）研究转子发动机内流场分布，压力分布，温度分布等的规律。 |
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本课题所需要解决的问题： 目前，柴油转子发动机面临着以下诸多问题: 1.柴油气化性能差，由于转子发动机设计压缩比较低（8-11之间），压缩不能达到往复式柴油机压燃的温度； 2.由于燃料性质的不同,柴油转子机与汽油转子机的燃烧机理和燃烧方式都有明显的差别,这样不能完全借鉴汽油机转子机的成功经验; 3.由于柴油燃料雾化蒸发效果差，缸内油气混合过程不均匀; 4.转子机的运行方式导致其缸内气流呈现整体的单向流动，尤其在点火后高速向前的气流运动会导致火焰难以向燃烧室后部传播，从而导致燃烧速度较慢、燃烧不完全，燃烧产物存在较多的未然油气混合物。 本课题还需解决二维三角转子发动机模型的绘制；建模完成后网格的划分以及如何运用FLUENT软件进行转子发动机的工作模拟。 |
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预期结果及其意义： 1.建立缸内直喷式柴油转子发动机二维动态模型； 2.通过Fluent二维动态模拟对直喷式柴油转子发动机理想的喷射时刻、喷射方向、喷射延时期、喷射角度、喷射压力、喷射位置等重要参数进行研究； 3.获取这些喷射参数对缸内平均压力、缸内平均温度、油气混合过程以及氮氧化物、一氧化碳、颗粒物、HC等的影响规律； 4.改善直喷式柴油发动机的缸内油气混合过程，获取最佳的喷油策略，提高燃烧效率，从而提高发动机性能。 |
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| 完成课题的各阶段工作具体安排 | |
| 起止日期 | 本阶段的工作安排 |
| 12-14周 | 制图和撰写说明书 |
| 1-4周 | 进行调研、查阅资料，完成调研报告和翻译 |
| 15-16周 | 整理所有答辩材料并准备参加答辩 |
| 5-8周 | 给出初步设计方案 |
| 9-11周 | 进行实验和数值模拟论证 |