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缸内直喷喷油器喷雾的CFD仿真研究
摘要；本文针对某款缸内直喷喷油器，利用CFD仿真手段进行喷雾仿真，研究喷有压力和背压对喷雾宏观特性参数的影响，同时通过试验对仿真结果进行验证，研究表明：喷油压力对喷雾贯穿距离起着正向作用，对喷雾锥角影响不大；背压对喷雾贯穿距离起反向作用，对喷雾锥角影响不大；喷雾试验结果与仿真结果较为吻合。
关键词：直喷喷油技术;仿真;计算流体力学
目录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外的研究现状 2
1.2.1国内外直喷技术的发展 2
1.2.2 CFD技术在发动机中的应用 4
1.3本文的研究内容及意义 4
1.3.1本文研究背景 4
1.3.2研究内容及目标 4
1.3.3研究意义 5
第二章 计算流体力学基本理论及应用 7
2.1CFD基本理论概述 7
2.2计算流体动力学的特点 7
2.3 FLUENT控制方程 8
2.3.1FLUENT基本控制方程 8
2.3.2气相控制方程 9
2.4离散相模型 9
2.4.1离散相模型简介 9
2.4.2液滴碰撞合并模型 10
2.4.3液滴破碎模型 11
2.4.4动态曳力模型 12
2.4.5湍流扩散模型 13
2.4.6液滴质量判据 13
2.4.7颗粒随机轨道模型 14
2.5 本章小结 15
第三章 喷油器的仿真模型 16
3.1喷油器的实体模型 16
3.2喷油器的网络模型 16
3.3喷油器的计算模型 17
3.4本章小结 18
第四章 喷雾仿真结果 19
4.1 10MPa下喷雾模型的标定 19
4.2 喷油压力对喷雾的影响 19
4.2.1喷油压力对喷雾贯穿距离的影响 19
4.2.2 喷油压力对喷雾锥角的影响 21
4.3 背压对喷雾的影响 21
4.3.1 背压对贯穿距离的影响 21
4.3.2 背压对喷雾锥角的影响 22
4.4 本章小结 23
第五章 喷雾实验结果 24
5.1 喷油压力对喷雾的影响 24
5.1.1喷油压力对喷雾贯穿距离的影响 24
5.1.2喷油压力对喷雾锥角的影响 25
5.2背压对喷雾的影响 26
5.2.1背压对贯穿距离的影响 26
5.2.2背压对喷雾锥角的影响 27
5.3 仿真与实验的对比 28
5.4本章小结 29
第六章 总结 30
小结与致谢 31
参考文献： 31
1本文研究背景
在汽车行业发展的同时，航空事业也在蓬勃发展。而提供动力的燃料就成了一个大问题，为确保飞机的飞行安全和使用寿命，必须采用一种特殊，粘度四冲程的活塞式发动机，表面张力大于燃气、燃油为多种燃料混合物，安定性强，挥发良好，容易爆。冷启动和爆震问题的解决，在样机上采用直喷缸内燃烧方式。除此之外，供点燃式活塞发动机使用的燃料也是一种航空燃料。航空燃料本身大多都是石油制品，是一种烃类混合物。
2研究内容及目标
汽车的历史已经有了200年，而发动机也有三个发展阶段，分别有蒸汽机，外燃机和内燃机三种类型，在社会飞跃的现在，外燃机和蒸汽机已经淘汰，现在内燃机成为发动机的主流，由燃烧提供动能，通过活塞直线循环往复进行圆周运动，现在出现的大多都是四冲程发动机，我们围绕这种主流发动机展开话题。首先分析评价了气缸内流场和喷雾模型。对燃烧室的位置，火花塞的点火方式和机体的结构进行思考。同时改进燃烧室系统模拟和评价，四冲程发动机经过进气，压缩，做功，排气四个循环，节气门打开，活塞开始下行，汽油与空气流进，活塞下行一定程度开始上行，节气门关闭，压缩可燃气体，活塞又下行，点火开始，可燃混合气体爆燃，做功行程结束，活塞由下而上，排出废气，排气结束。这就是四冲程的一个循环。
缸内直喷燃烧系统的设计目标：
1、使之有良好的喷雾性能
2）减少在阀门如停留时间的高温区前的浓混合气点火，提高抗爆性能。
3）使之充分燃烧，减少油耗，有良好的经济性。
本文对四冲程发动机进行研究，注意点如下：
1）对四冲程发动机进行了知识查阅，了解了四冲程做功方式和优缺点。
2）掌握内燃机的应用方法和CFD FLUENT软件的相关理论知识，对气缸内的燃油液滴蒸发情况进行分析，对影响喷油的因素进行分析，为喷油控制提供可靠的依据。
3）参考福特CFD模拟分析方法，计算分析了部分负荷流场的原型和冷起动，同时对喷雾场也进行了计算分析。
4在CFD的计算下，考虑到四冲程的结构复杂性对活塞的形状进行了改造，
5）初步确定好的直喷燃烧系统设计。
3研究意义
内燃机是一种动力机械，由外燃机进化而来。燃料在气缸内燃烧，发动机的热效率很高，同时一定程度上对环境保护起到了很大的作用。内燃机工作性质就是热能和机械能的转换，进气，压缩，做功，排气，一个四冲程发动机一秒内能完成10个工作循环，一个工作循环曲轴旋转2周。
而提高气缸汽油机的空气流通速度，降低燃烧循环的变化，适应稀薄或分层燃烧也十分重要。
本文在前人研究的基础上，对移动网格法进行了一定的改进，为后面的研究提供了CFD技术。CFD是计算流体动力学的一种，应用各种离散化的数学方法。它从基本物理定理出发，在科学研究方面扮演着重要角色，是目前国际上的一个强有力的研究领域。它可以用来分析火花塞的合理性，为喷油控制提供参考。
本文对进气道和活塞进行了很多的研究，首先进行了进气道的清洗，这是必要的环节，因为长时间不清洗可能会导致发动机的积碳，还有对活塞的外型观察，活塞分为顶部，头部和 裙部，顶部的形态，位置和大小的设定很严格，必须与可燃混合气燃烧的要求相适应。活塞需要承受气缸中的燃烧压力，这是它的主要作用。同时燃烧室的组成包括了活塞，他是不可或缺的零件，此外，气缸盖和汽缸壁也被包括在内。本文耦合模拟了空气辅助喷油器和燃烧室，对进气门和活塞的研究提供了很大的帮助。同时，这是一种整体耦合计算的喷射器模型
总结
本文主要是对四冲程发动机进行了研究，其中用到了CFD方法，这种方法在现在已经被广泛使用，并且成为无数大学所必修的课程。CFD它的优点在于对问题的分析非常方便。而同时大多数CFD设备的使用成本很低，能被大众群体所接受，所以它的普及也是毋庸置疑的。这类软件一般有前处理器、解算器和后处理器这三大部分，它的步骤也简单明了，对目标进行分析，并应用理论知识让它在CFD软件中进行运算，最后得出目标结果并对它进行处理。而CFD的简单操作也能让初学者很快掌握技能，对社会实践做出贡献。
参考文献：
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