柴油机燃烧过程的FIRE仿真分析
高速柴油机燃烧放热规律的建模与仿真
广 东 化 工
第 45卷 总第 367期
www.gdchem.eom
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高速柴 油机燃烧放 热规律 的建模 与仿真
李洁月 ,秦彦斌 ,郭稚薇
(西安 石油 大学 机械 工程 学 院,陕 西 西安 710065)
[摘 要]应 用热 力学 和柴 油机 的燃 烧基 本理 论 ,建立 了 柴油机 燃烧 放热 规律 的数 学模 型 ,并 基于 Matlab/Simulink 平 台建立 仿真 模型 进行 了
拟采 用 该半经 验 公式 ,建立 零 维模 型 ,参考 直喷 式高 速柴 油机 的
通 用 数据 ,选 定 韦伯 公式 中的经 验 系数 , 以此 模 拟 内燃机 的燃 烧
l燃烧放热规律 的模 型建立
1.1基 本假 设
放热 率 。韦伯 公式(又叫 韦伯 函数)的燃 料燃 烧 百分 数 和 的 变 化率 计算 公式 如 下[ 】:
: ,-f∞1
d妒
的 函数形 式 也十分 复 杂 ,它和 燃烧 的物 理 过程 、化 学
过程 以及 发动 机 的结 构参 数和运 行 参数 等许 多 因素有 关 ,很难 用
一 个 比较 精确 的数 学 方程 式来描 述 。研 究直 喷式 柴油 机燃 式来 模拟 发动 机 的燃 烧 放热 规律 。本 文
在进 行 气缸 内的热 力过 程计 算时 , 为简化 问题 ,建立 单 区模
仿 真 ,分 别 以燃烧 品 质因数 以及柴 油机 转速 为 变量 ,得 到 了燃烧 放 热规 律 的仿真 曲线 。通 过 分析仿 真 结果 可知 , 当燃烧 品质 因数 较 小时 .燃烧
过 程 比较粗 暴,所 以燃 烧最 高 温度 出现 的时 间 比较 早 ,反之 燃烧 品 质因 数增 大后 ,燃 烧过 程 柔和 ,燃 烧最 高温 度 出现 的时 间比较 晚 。仿 真结 果
柴油机燃用生物柴油低温燃烧性能的仿真研究
柴油机燃用生物柴油低温燃烧性能的仿真研究近年来,世界石化燃料储量日益枯竭,人类对有害污染物的排放管制越来越严格,发动机可再生替代燃料和低排放燃烧策略因而引发广泛关注。
从植物油、废动物脂肪和废餐馆油脂(黄油脂)中提炼的烷基单酯通常被称为生物柴油,生物柴油由于其可再生性、极低的硫和芳烃含量、较高的十六烷值、较高的生物降解性和分子中富氧的优点,已成为更清洁的替代燃料,可用来填补石化柴油燃料的需求缺口[1-9]。
生物柴油具有与石化柴油大致相似的特性,即使没对发动机进行任何改造,也可直接用于柴油发动机。
与传统的柴油燃料相比,生物柴油富氧可使燃烧更完全,从而有效地减少发动机的颗粒物(PM)、一氧化碳(CO)和未燃物(THC)排放。
但是在柴油机上使用生物柴油会使NOx 排放升高[7-9]。
低温燃烧模式可同时降低NOx和炭烟排放[10-11],通常是由大EGR(Exhaust Gas Recirculation,废气再循环)率来实现,这种方式用在生物柴油发动机上也有类似效果[12]。
据前人的研究结果可知,该机型在EGR阀全开时的EGR率不足以使发动机从传统燃烧模式向低温燃烧模式转变[13-14],因此还需要采取其他技术手段。
邱伟[14]以4JB1柴油机为对象,进行了EGR结合推迟供油的手段实现柴油机低温燃烧的试验研究,其研究结果为本研究提供了柴油实现低温燃烧的性能变化的试验依据。
相关研究表明[14-16],推迟喷油可以降低NOx 排放,但必然会对其他性能产生影响。
因此本研究针对EGR率和喷油正时对柴油机燃用生物柴油的燃烧过程、经济性、动力性和排放特性的影响进行了研究,为在柴油机上使用生物柴油替代燃料实现低温燃烧提供依据,有利于生物柴油的普及和推广。
病害问题是影响鱼苗培育成活率的主要因素,做好苗种培育阶段的病害防治工作,是提高苗种培育成活率的关键,下面就介绍几种鱼苗培育前期经常发生且危害比较大的病害防治技术,供读者参考。
基于Simulink柴油机工作过程的仿真分析
基于Simulink柴油机工作过程的仿真分析本文将介绍一个基于Simulink柴油机工作过程的仿真分析。
柴油机是一种内燃机,它通过压缩空气使燃料自燃来产生动力。
在本文中,我们将使用Simulink软件来模拟柴油机的工作过程。
首先,我们需要了解柴油机的工作原理。
柴油机使用压缩空气的方式来点燃燃料,而汽油机则是通过火花塞来点燃燃料。
柴油机的工作过程可以分为四个阶段:进气,压缩,燃烧和排气。
在进气阶段,空气通过进气阀进入柴油机的气缸。
然后,气缸活塞朝下移动,将空气压缩到一个非常高的压力。
在这个过程中,燃料被注入气缸,并被压缩到非常高的温度和压力。
在燃烧阶段,燃料被点燃,产生能量,推动活塞朝上移动。
这个过程中,燃烧产生的能量将被转换成机械能,用于驱动柴油机的机械部件。
在排气阶段,废气通过排气阀逸出。
然后,活塞朝下移动,排出剩余的废气。
这个过程将准备柴油机进行下一个工作循环。
在Simulink中,我们可以使用一些模块来模拟这个过程。
首先,我们需要使用一个Signal Generator模块来模拟进气阶段的空气流量。
我们可以设置这个模块的输出来模拟空气流量的变化。
然后,我们可以使用一个Compressor模块来模拟空气的压缩过程。
这个模块将输入的气流压缩到一个非常高的压力,并输出一个压缩后的气流。
接下来,我们可以使用一个Injector模块来模拟燃料的注入过程。
这个模块将输入的燃料喷入压缩空气中,并通过一个输油管实现注入。
然后,我们可以使用一个Combustion模块来模拟燃烧过程。
这个模块将输入的燃料点燃,并产生能量。
通过将这些模块连接起来,我们可以创建一个完整的柴油机模拟。
在Simulink中,我们可以对这个模拟进行调试和优化,以实现最佳的性能和效率。
总之,通过Simulink柴油机工作过程的仿真分析可以帮助我们更好地理解柴油机的工作原理,并为柴油机的优化和设计提供有用的参考。
基于AVL-Fire的柴油机缸内燃烧仿真模拟
基于AVL-Fire的柴油机缸内燃烧仿真模拟1、气缸内网格划分与计算模型选取1.1 三维模型的建立及网格划分根据某柴油机的实际形状,以Fire软件中的ESE Diesel模块为平台,适当简化建立燃烧室的二维平面模型,由于活塞是对称形状,燃烧室的一半:使用Fire软件ESE Diesel模块生成网格,网格质量较高。
ESE Diesel模块会根据需要对燃烧室部分区域网格进行细化,以达到较好的计算效果,三维立体动网格由平面网格旋转得到,所选柴油机是四孔喷油器,为了简化计算模型,取整个燃烧室的1/4为计算域,网格数为31324 个。
1.2 计算模型的选取计算模型的选取对于计算结果具有重要的影响,本文湍流模型选择的是K-Zeta-F双方程湍流模型,燃烧模型选择Coher-ent Flame Model,喷雾破碎模型采用WAVE离散模型,碰壁模型选择Walljet1,喷油提前角为20,喷油持续角为15,以压缩上止点为720,计算曲轴转角范围为540~800。
2、计算结果及分析分别选取714和720曲轴转角的云图,分析其速度场、温度场和压力场。
2.1 速度场分布714曲轴转角,喷油油束中心区域呈现高速,向外围速度逐渐减弱,喷雾油束及火焰碰到活塞壁面后,向周边扩散,也呈现较高的流速,而处于气缸中心轴线附近区域,流速相对较低;720曲轴转角,燃油喷雾已经结束,气缸内流体流速整体降低,最高速度出现在燃烧室凹坑中心附近的火焰区,随着火焰向周边扩散,速度逐渐降低。
2.2 温度场分布喷油器在700时开始喷油,持续到715,当在714的时候,喷雾火焰在碰壁后向活塞w型凹坑处传播,在活塞凹坑处形成浓混合气,这个区域流体温度最高,在喷雾火焰燃烧经过的区域温度也较高,而在气缸中心轴线附近以及活塞顶平面与气缸盖底部狭缝的边缘处,由于喷雾火焰未能传播到,流体温度逐渐降低;720曲轴转角,活塞到达上止点,随着燃烧的进行,缸内温度进一步升高,缸内温度分布呈现了新的变化,其中在活塞凹坑上方,由于火焰碰壁后产生的反射与卷曲,在这一区域出现高温,向四周温度逐渐降低,其中在气缸中心轴线附近以及活塞顶部平面与气缸盖底部狭缝靠近气缸壁边缘处,温度相对较低。
基于Simulink柴油机工作过程的仿真分析
基于Simulink柴油机工作过程的仿真分析
柴油机是一种热发动机,用于转换燃油的热能为机械能。
相比汽油机,柴油机具有更高的热效率和更强的功率输出。
在柴油机的工作过程中,燃油经过喷射器进入到气缸中,在高压和高温下发生自燃,产生高压气体推动活塞运动,从而驱动发动机输出动力。
为了研究柴油机的工作过程,可以使用Simulink进行仿真分析。
Simulink是一种基于模块化的仿真环境,可以方便地建立系统模型并进行系统仿真分析。
柴油机的工作过程可以简单分为四个阶段:进气、压缩、燃烧和排气。
进气阶段是柴油机吸入外部空气的过程。
空气通过进气阀进入到气缸中,活塞向下运动,从而扩大气缸容积。
在Simulink中,可以使用气缸模块表示柴油机的气缸,并使用蓄气室模块表示进气阀。
燃烧阶段是将燃油喷入气缸,并在高压和高温下发生自燃的过程。
活塞处于上止点位置时,燃油通过喷油器喷入气缸,与高温高压气体混合燃烧。
在Simulink中,可以使用喷油器模块表示燃油喷射,使用燃烧模块表示燃烧过程。
通过使用Simulink建立柴油机系统模型,并设置各个参数,可以进行柴油机的工作过程仿真分析。
在仿真过程中,可以观察柴油机各个过程的性能指标,如压力、温度、功率等。
并通过对模型参数的调整,可以优化柴油机的工作性能。
基于Simulink的柴油机工作过程的仿真分析可以帮助工程师更好地理解柴油机的工作原理,优化柴油机的设计和性能。
通过仿真分析,还可以减少实际试验的成本和时间,提高产品的开发效率。
基于Simulink柴油机工作过程的仿真分析
基于Simulink柴油机工作过程的仿真分析
柴油机是一种使用压燃式燃料(如柴油)的内燃机。
它通过压缩和点火来引燃燃料,
产生高温和高压气体,从而驱动活塞运动,进而产生动力。
柴油机广泛应用于汽车、船舶、发电机等领域。
为了更好地理解和研究柴油机的工作过程,可以利用Simulink进行仿真分析。
在Simulink中,可以建立一个柴油机的工作模型,通过添加节点和连接线来构建模型的结构。
可以添加一个燃烧室节点,表示柴油燃烧时产生的高温和高压气体。
然后,可以
添加一个活塞节点,表示活塞在柴油燃烧时的运动。
接下来,可以添加一个曲轴节点,表
示曲轴的旋转运动。
可以添加一个输出节点,表示柴油机输出的动力。
在建立了柴油机的工作模型之后,可以通过设定输入参数来进行仿真分析。
具体来说,可以设置柴油的供给量、燃烧室的压力和温度、曲轴的转速等参数。
然后,可以运行仿真,观察模型的输出结果。
通过Simulink进行仿真分析,可以帮助我们更好地理解柴油机的工作原理和特性。
可以观察到柴油机在不同参数下的输出动力变化情况,从而优化柴油机的设计和调节。
还可
以通过仿真分析来研究柴油机在不同工况下的燃油消耗情况,从而提高柴油机的燃油利用率。
柴油机燃烧过程数值模拟
柴油机燃烧过程数值模拟随着汽车工业的发展,汽车成为了现代人的生活必需品。
汽车的发展离不开发动机的进步,而柴油机是发动机中实力派的代表。
在柴油机的发展之中,对燃烧过程的研究也成为了一个关键课题。
而数值模拟正是研究柴油机燃烧过程的重要手段之一。
一、柴油机的基本原理柴油机是以压缩自燃为主要燃烧方式的内燃机。
柴油机的燃料是柴油,燃烧方式则是压燃式。
柴油进入进气道,经过进气门进入气缸,在活塞上行程过程中,柴油被压缩。
在柴油达到燃点的瞬间,喷油器将柴油雾化成微小的油滴,喷入气缸内。
由于气缸内只有极低的温度和压力,柴油不会立即燃烧。
然而,当喷入的柴油油滴被压缩至非常高的温度和压力后,它们将燃烧并以受控速度释放能量,从而推动活塞运动并驱动汽车。
二、柴油机燃烧过程的数值模拟数值模拟是一种利用数学模型、计算机技术和实验验证来预测和模拟物理、化学过程的方法。
柴油机燃烧过程的数值模拟主要包括气缸内压力、温度、速度、柴油喷雾分布等多种参数的计算,以确定燃烧过程的特性和发动机性能,以及寻找提高燃烧效率和减少排放的方法。
数值模拟方法包括理论计算和数值模型,都有其优点和缺点。
一般来说,数值模拟的准确度较高,但涉及计算模型的选择和优化,以及计算时间等限制,这使得数值模拟在柴油机研发中的应用受到制约。
三、柴油机燃烧模型柴油机燃烧模型是柴油机燃烧过程数值模拟的核心。
它描述了喷油、空气混合、燃烧、排放等燃烧过程的相互作用,并利用计算中涉及的物理和化学过程的方程式进行计算。
柴油机燃烧模型一般包括物理模型和化学模型两方面。
物理模型主要描述了燃油喷雾、燃烧过程和排放的物理过程,而化学模型则描述了燃烧过程中发生的化学反应和氧化反应。
四、柴油机燃烧过程数值模拟的应用柴油机燃烧过程的数值模拟可以帮助研究人员在改进某些柴油机性能方面进行探索。
例如,通过数值模拟可以研究如何改变进气和喷油系统的设计,从而优化燃烧过程;或者通过模拟不同喷油时间和压力,以及增加增压器的压力等措施,来提高柴油机的燃烧效率。
柴油机燃烧过程模拟分析
柴油机燃烧过程模拟分析柴油机是一种常见的内燃机,广泛应用于汽车、船舶、农业机械等领域。
燃烧过程是柴油机工作的核心,模拟分析燃烧过程有助于优化引擎性能、提高燃烧效率、降低排放。
本文将以柴油机燃烧过程模拟分析为主题展开讨论。
1.燃油雾化模拟:燃油的雾化过程对燃烧效率有很大影响。
模拟燃油喷射过程,研究喷雾粒径、分布、速度等参数对燃烧效果的影响。
通过改变喷油压力、喷油角度、喷嘴孔径等,优化燃油雾化效果,提高燃烧效率。
2.燃烧过程模拟:根据燃烧理论,建立柴油燃烧数学模型,模拟燃烧过程。
考虑燃油的自燃期和燃烧期,模拟柴油在气缸内的燃烧速度、温度分布、压力变化等。
通过调整进气量、进气压力、喷油时机等参数,优化燃烧过程,提高燃烧效率。
3.排放物生成模拟:柴油机燃烧产生的主要排放物包括一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)和颗粒物。
模拟燃烧过程中的温度分布、物质转化过程,预测排放物生成量和分布。
通过调整燃烧参数、优化燃烧室结构等,降低排放物的生成。
4.燃烧稳定性模拟:燃烧过程的稳定性对柴油机工作的稳定性和可靠性有重要影响。
模拟燃烧过程中的温度、压力等参数变化,判断燃烧过程的稳定性,提出改进措施。
模拟分析燃烧过程需要采用适当的软件和模型。
目前,常用的柴油机燃烧过程模拟软件包括Fluent、Star-CD、KIVA等。
这些软件具有流体力学、传热、化学反应等模拟功能,可用于燃烧过程的模拟分析。
柴油机燃烧过程模拟分析在柴油机技术研究和发展中具有重要意义。
通过模拟分析,可以深入了解燃烧过程的机理和规律,为柴油机的设计优化和性能提升提供理论依据。
同时,也可以为控制排放物的生成、降低环境污染提供技术支持。
因此,柴油机燃烧过程模拟分析具有广阔的应用前景。
总结起来,柴油机燃烧过程模拟分析是柴油机技术研究中的重要内容,通过模拟燃油雾化、燃烧过程、排放物生成等,可以优化柴油机的设计和性能,提高燃烧效率、降低排放物的生成。
这对于柴油机的发展和环境保护具有重要意义。
基于Simulink柴油机工作过程的仿真分析
基于Simulink柴油机工作过程的仿真分析1. 概述本文将基于Simulink进行柴油机工作过程的仿真分析,并对柴油机的性能和运行情况进行评估和优化。
2. Simulink柴油机模型的建立在进行柴油机的仿真分析前,首先需要建立柴油机的Simulink模型。
柴油机的基本原理是空气经过进气道进入柴油机,在气缸内经过压缩后,喷射燃油进行燃烧,驱动活塞做功。
基于这一原理,可以建立柴油机的Simulink模型。
需要建立柴油机的空气进气模型,包括进气管道、进气阀和空气滤清器等组件。
需要建立柴油机的压缩燃油模型,包括活塞、气缸、喷油系统等组件。
还需要建立柴油机的排气模型,包括排气管道、排气阀和排气系统等组件。
3. 柴油机工作过程的仿真分析(1)空气进气过程空气进气过程是柴油机工作的第一步,也是非常重要的一步。
在空气进气过程中,空气需要充分进入气缸,以满足燃烧所需的氧气。
通过Simulink模型可以模拟空气进入气缸的速度和流量,并对空气的进气情况进行仿真分析。
(2)压缩燃油过程在空气进气过程完成后,柴油机需要进行压缩燃油,以提高燃烧效率。
通过Simulink 模型可以模拟压缩燃油过程中活塞的压缩工作和燃油的喷射情况,进一步分析压缩燃油的效果和燃油的喷射情况。
(3)燃烧做功过程燃烧做功是柴油机工作的核心过程,其能否充分燃烧并产生足够的动力是柴油机性能的关键。
通过Simulink模型可以模拟燃烧过程中燃油的燃烧情况和活塞的运动情况,分析燃烧过程中的能量转化和动力输出情况。
排气过程是柴油机工作的最后一步,也是清除废气和准备下一次循环的重要过程。
通过Simulink模型可以模拟排气过程中废气的排放情况和活塞的排气工作,分析排气系统的清除能力和排气效率。
4. 柴油机性能与优化(1)燃油效率优化通过改变燃油的喷射时间、喷射压力和喷射位置等参数,可以模拟不同工作状态下燃油的燃烧情况,进而优化燃油的效率和燃油消耗情况。
(2)动力输出优化通过改变活塞的运动速度和活塞的工作时间等参数,可以模拟不同工作状态下柴油机的动力输出情况,进而优化柴油机的动力输出性能。
发动机燃烧行为的模拟与分析
发动机燃烧行为的模拟与分析现代汽车的发动机燃烧行为是一个极其复杂的系统,需要考虑润滑、进气、燃油混合和点火控制等多方面因素。
因此,在发动机的设计和调试阶段,需要进行大量的模拟和分析,以确保汽车的性能和效率达到最佳状态。
发动机燃烧行为的模拟与分析是建立在计算机仿真技术的基础上的。
现代汽车制造商通常会建立一个虚拟的动力学测试台,也叫虚拟发动机。
这个虚拟发动机可以模拟真实发动机各个部件的特性,以及各种工况下的行为。
这样,汽车制造商就可以在计算机上进行深入的研究和调试,避免了在现实世界中进行试验带来的成本和风险。
在虚拟发动机中,一个关键的组件是燃烧室模型。
燃烧室模型模拟了燃烧室中空气、燃油和火花的行为,并预测了燃烧过程中能够产生的能量和排放物的类型和数量。
这个模型需要考虑很多因素,例如气缸形状、喷油器位置和定位器等。
对于某些特殊的引擎类型,例如旋转活塞发动机,模型需要更为复杂的处理。
在燃烧室模型的基础上,还需要考虑其他的影响因素,例如点火控制系统、燃油供给系统和排气系统等。
这些因素都对发动机的性能和效率有着重要的影响,因此也需要进行精细的建模和模拟。
除了燃烧室模型和各种系统的模型之外,还需要考虑发动机的压力和温度变化,以及在不同负载和转速条件下的行为。
这些因素也需要被建模和模拟,以确保模拟结果的精确性和准确性。
当虚拟发动机被构建完成之后,汽车制造商就可以使用它来进行各种模拟和分析,包括燃油经济性、性能、排放物的类型和数量等。
通过模拟和分析,制造商可以通过优化发动机设计、控制算法和运行状态来达到最佳的性能和效率。
需要注意的是,在进行虚拟发动机的模拟和分析时,需要使用尽可能精确的参数和模型。
这些参数和模型需要经过测试和验证,以确保它们在现实世界中的行为和计算机上的行为一致。
如果模型和参数不准确,那么最终的模拟结果也会相应的不准确。
总之,发动机燃烧行为的模拟与分析是现代汽车工业中的重要一环。
通过计算机仿真技术的方法,制造商可以大幅度减少试验成本和风险,并且可以更加精细和准确地进行优化和设计。
柴油机燃烧过程的FIRE仿真分析
柴油机燃烧过程的仿真分析北京理工大学机械与车辆工程学院计算机应用与仿真中心Au. Tiger(运用Fire进行燃烧过程分析时,对于与燃烧有关的参数的设置,这里的分析将有一定的指导意义。
这里所描述的,既可以说是参数对燃烧过程的影响,也可以说是运用Fire进行燃烧过程分析的指南。
)基本操作Fire自带的网格划分工具可以划分质量很高的六面体网格,但是数量巨大;如果和Hypermesh结合可以达到较好的效果,详细过程参见仿真论坛中关于FIRE的讨论版。
由于本人对Fire本身建模、划网格的功能不十分熟练,因此大多在ProE或IDEAS中建模、在IDEAS中划网格,然后导出.unv格式的网格供Fire使用。
网格的局部细化等在Fire 中使用Mesh Tools中的Refine工具完成。
ICEM-CFD划分网格的功能也很强大,比I-DEAS 显得稍微快一些,而且适合划分复杂结构的六面体网格,结束后可以导出Nastran格式的网格供Fire使用。
个人认为,较好的网格标准是:尽量是六面体单元(一个六面体单元最少可以分成五个四面体单元,一般是分成六个四面体单元,也就是说采用六面体单元能够显著降低计算规模,从而减少计算机时);单个六面体单元的长宽高之间的比例越接近1愈好,不要超过10;单个六面体单元的棱与棱之间的夹角越接近90度越好,夹角不要低于15度,也就是说正方体是最好的六面体单元;单个四面体单元中最好的正四面体,实际要求就是面容比越小越好;对于整个模型,要求相邻的单元之间大小(长宽高)不能相差太大,一样大小最好,必要时要均匀过度。
Check中的distance工具可用于获取节点坐标、测量节点之间的距离。
Fire中的默 Geo认单位为国际单位。
模型导入Fire中后,需要作适当的处理,原因是:流体计算是很费计算机时的运算,因此网格数量越小越能够很快得到结果,尤其是初期的趋势分析中(后期的精确计算需要较密集的网格保证精度);模型中可能存在疏密不一致的情况——相邻两层网格的大小相差很大;模型中网格大小可能不适合所模拟的情况,例如含喷油的计算中网格大小大约是喷孔大小的4到6倍为佳,因此需要调整网格大小;……导入的网格最好是在划分网格的工具中就检查好没有坏单元的,如果有最好处理掉再导入。
基于FIRE的柴油机燃烧过程模拟分析
引言
20世纪 60年代末以来, 随着计算机技术的飞速 发展及计算流体力学、计算传热学、化学动力学等基础 理论研究的深入, 内燃机燃烧过程的模拟分析成为燃 烧研究的重要手段。本文采用了 AVL 公司的 F IRE软 件对 6105柴油机缸内喷雾及燃烧过程进行了三维模 拟计算, 对最大扭矩工况和标定工况下喷雾流场及燃 烧室内燃烧进程等进行了分析, 为柴油机燃烧过程的 完善提供了有价值的参考依据。
体与气体界面上沿流动方向扰动波的不稳定性进行
分析, 认为不稳定波的振幅大于临界值的时候, 液滴 即发生分裂。
蒸发模型采用 Dukow icz模型, 该模型认为传热和 传质过程是完全相似的过程, 并且假定 Lew is数 ( 热扩 散系数与质扩散系数的比值 ) 为 1。该模型作了以下 几个假设: 液滴为球对称形状; 1) 液滴表面是准静态 的, 即液滴表面的物性是均匀的; 2) 液滴温度沿液滴 直径均匀分布; 3)在液滴表面上液气热平衡。
R
=
A ∃r
!
m in[ yfu;
yO S 2;
B
式中 ∃r 为湍流时间尺度, 括号中三项依次为燃油
浓度、氧气浓度和生产物浓度。其中 A 和 B 可作调整
参数, A 为主要调整参数, 其数值 控制反应 速率的快
慢, 本次模拟过程中选其值为 10~ 15; 压燃式发动机,
B = 1, 点燃式发动机, B = 0。
气缸内气体湍动能和湍流长度尺度由以下公式获 得 [ 2] :
Tk =
3 ( nh ) 2 2 60
Ls=
hv 2
式中 T k 为湍动能, Ls 为湍流长度尺度, n 为转速, h 为行程, hv 为最大气门升程。
由于缺乏喷油规律的实测数据, 喷油规律通常可
CY4102直喷式柴油机燃烧过程的仿真研究的开题报告
CY4102直喷式柴油机燃烧过程的仿真研究的开题报告一、研究背景和意义直喷式柴油机已成为现代交通工具、船舶、机械设备中广泛使用的动力来源。
燃烧过程是直喷式柴油机性能优劣的关键因素之一,因此对其进行深入的仿真研究具有重要意义。
直喷式柴油机是一种内燃机,其燃烧过程表现出很强的非线性、非稳态和复杂性。
研究直喷式柴油机燃烧过程的仿真方法有助于有效地分析和控制发动机性能。
通过仿真模拟直喷式柴油机的燃烧过程,可以更好地掌握内燃机工作的原理和机理,同时也能为发动机设计、优化和控制提供理论依据和技术支持。
因此,开展直喷式柴油机燃烧过程的仿真研究具有重要的现实意义和应用价值。
二、研究内容和目标本文针对CY4102型直喷式柴油机的燃烧过程进行仿真研究。
主要研究内容包括:(1)建立CY4102型直喷式柴油机的数学模型。
该模型考虑燃油进入气缸的量、进气量、气缸压力、温度等多种因素,并将其化为数学方程进行描述。
(2)通过计算流体力学(CFD)方法对CY4102型直喷式柴油机的燃烧过程进行仿真模拟。
通过模拟得到直喷式柴油机的燃烧过程温度、压力等参数变化情况,以及燃料的燃烧效率和排放情况等。
(3)分析和评估CY4102型直喷式柴油机的燃烧过程。
通过对燃烧过程仿真结果的分析和评估,可以更好地理解燃烧过程的动态变化和机理,为直喷式柴油机的设计、优化和控制提供参考依据。
本研究的主要目标是通过对CY4102型直喷式柴油机的燃烧过程进行仿真模拟和数值分析,深入了解其燃烧机理和燃烧过程特点,为发动机的设计、优化和控制提供理论依据和技术支持。
三、研究方法和技术路线本研究主要采用以下方法和技术路线进行:(1)文献综述:对直喷式柴油机的燃烧过程进行深入的文献调研和综述,了解其研究现状和发展趋势。
(2)数学模型建立:通过分析CY4102型直喷式柴油机的结构和工作原理,建立其燃烧过程的数学模型,并进行参数选取和方程描述。
(3)计算流体力学仿真:采用计算流体力学(CFD)方法对CY4102型直喷式柴油机的燃烧过程进行数值模拟和分析,得出各项参数的变化情况。
柴油机燃烧过程模拟分析
柴油机燃烧过程模拟分析柴油机作为一种常用的内燃机,其燃烧过程被广泛应用于交通运输、工业生产以及农业机械等领域,对于燃烧过程的研究和模拟分析,对于优化柴油机的燃烧效率和降低环境污染具有重要意义。
一、柴油机燃烧过程简介柴油机是一种内燃机,其燃烧过程与汽油机不同。
柴油机的燃烧过程分为四个阶段:压缩、喷油、燃烧和排气。
柴油机的工作循环为四冲程循环,分别是进气、压缩、燃烧、排气。
柴油机的燃烧过程是以高温高压的气体为基础的,因此柴油机的燃油和空气的混合程度要比汽油机更为重要。
二、柴油机燃烧过程模拟的方法为了更好地研究柴油机的燃烧过程,需要采用模拟的方法,模拟的方法包括物理模拟、计算流体力学模拟和多物理场模拟等。
其中,计算流体力学模拟是目前应用最广泛的模拟方法之一。
1、计算流体力学模拟计算流体力学模拟是通过数值计算方法对柴油机内部的空气流动和燃油喷注进行模拟计算,从而获得柴油机内部压力、温度、速度等物理量的分布情况。
计算流体力学模拟是一种比较精确的模拟方法,能够提供丰富的数据信息,以均流假设为基础,采用对流、扩散、辐射等数学模型,描绘了柴油机内部燃烧的物理过程和机理。
2、多物理场模拟多物理场模拟是指将不同物理场耦合在一起进行模拟计算,例如流体力学、响应形变学、声学和热力学等。
通过将柴油机内部的燃烧过程与声波、物理形变、热传递等多个物理场进行耦合模拟,可以更为精准地描述柴油机内部的物理过程。
3、物理模拟物理模拟是指通过对柴油机内部的流动和燃烧特性进行实验和测试,生成数据信息,再通过重现实验数据,对柴油机内部的流动和燃烧进行模拟。
物理模拟是模拟方法中的一种精密的手段,但是需要较为高级的仪器设备和技术手段,且比较费时费力。
三、柴油机燃烧过程模拟的应用1、优化燃烧系统通过对柴油机燃烧过程的模拟分析,可以获得柴油机内部的燃烧参数、燃烧效率及燃烧期等数据信息,为优化柴油机的燃烧系统和燃烧控制提供了依据。
2、提高燃烧效率柴油机燃烧过程的模拟分析可以帮助人们更好地了解柴油机的燃烧机理,找到优化燃烧的方法,并优化喷油系统、增强气体流动和喷油策略等措施,使柴油机的燃烧效率得到提高。
发动机燃烧过程仿真与分析研究
发动机燃烧过程仿真与分析研究随着现代汽车工业的不断发展,燃烧技术对汽车发动机的性能和环保水平都有着至关重要的影响。
对于提高发动机燃烧效率、降低排放、提升性能,传统的试验研究方法已不再适应需求,而发动机燃烧过程仿真技术正成为越来越重要的手段。
1. 仿真技术对发动机燃烧分析的重要性在燃烧过程中,发动机的燃油和空气被加热并燃烧产生高温高压气体,这些气体推动活塞,驱动发动机转动。
发动机的性能和排放水平依赖于燃油和空气混合的均匀度、燃烧速率、燃烧产物的组成等因素,而这些因素往往受到诸多复杂的物理、化学和流体力学过程的影响。
因此,对于发动机的设计和优化,以及对发动机运行过程的控制和监测,需要对燃烧过程进行深入的分析和理解。
传统的实验方法虽然可以获得大量的数据和信息,但其受到试验条件的限制,无法全面地描述和分析燃烧过程中的各种物理、化学和流体力学现象。
而利用计算机模拟技术进行燃烧仿真,则可以更为全面地分析燃烧过程。
通过在计算机上建立符合实际情况的数学模型,可以模拟复杂的物理、化学和流体力学过程,掌握燃烧过程的关键参数和规律,为发动机的设计和优化提供数据支持和理论指导。
2. 仿真技术的应用范围发动机燃烧过程的仿真技术应用范围广泛,可用于研究和分析各种类型的发动机,包括汽油、柴油、天然气等不同燃料的发动机,以及不同结构和参数的发动机。
通过仿真分析,可以得到各种燃烧过程关键参数的数值计算结果,包括燃烧产物温度、压力、浓度和分布、燃烧速率、饱和度等,这些结果可以用于评估发动机性能和排放水平,研究发动机燃烧过程的规律和机理。
除了对单个发动机进行分析,仿真技术还可以用于多发动机系统的研究和分析,如双冲程发动机、涡轮增压发动机、电动发动机等。
在多发动机系统中,不同发动机之间运行的协同性对燃烧效率和性能有着重要的影响,而燃烧过程仿真可以为协同性优化提供基础数据和理论依据。
3. 仿真技术的方法发动机燃烧过程的仿真技术方法主要包括计算流体力学(CFD)方法和多物理场仿真方法。
基于Simulink柴油机工作过程的仿真分析
基于Simulink柴油机工作过程的仿真分析Simulink是一种广泛应用于工程领域的仿真软件,可以用于建立和模拟各种工程系统。
柴油机是一种常见的热力系统,Simulink可以通过建立柴油机模型,对其工作过程进行仿真分析。
柴油机是一种通过内燃机工作过程将燃料能转化为机械能的发动机。
其工作过程包括进气、压缩、燃烧和排气四个过程。
Simulink可以通过建立这四个过程的模型,对柴油机的工作过程进行详细的仿真分析。
Simulink可以建立柴油机的进气过程模型。
进气过程主要包括进气阀门的开启和关闭以及进气管道的流动。
通过建立这些模型,可以模拟柴油机在不同工况下的进气状态,并分析进气过程对柴油机性能的影响。
Simulink可以建立柴油机的压缩过程模型。
压缩过程是柴油机工作过程中最重要的一个阶段,对压缩比和压缩效率的分析尤为重要。
Simulink可以通过建立压缩室的几何模型和压缩比的计算模型,对柴油机的压缩过程进行仿真分析。
在燃烧过程方面,Simulink可以建立柴油机的燃烧模型。
燃烧过程是柴油机工作的核心过程,直接决定了柴油机的功率输出和燃料消耗率。
Simulink可以建立燃油喷射、混合气着火和燃烧过程等模型,以及包括氧化剂和燃料消耗模型等相关参数。
通过这些模型,可以对柴油机的燃烧过程进行仿真分析。
通过Simulink对柴油机的工作过程进行仿真分析,可以得到柴油机在不同工况下的性能参数,如燃料消耗率、压缩比、效率等。
这些参数对柴油机的设计和优化具有重要的意义。
Simulink还可以对柴油机的控制系统进行建模和仿真,从而实现对柴油机性能的精确控制。
基于FIRE的柴油机燃烧过程的CFD研究
柴 油机 设计 与 制造
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21 年第 4 01 期 第1 ( 7卷 总第 17期 ) 3
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状况、传 热过程 以及缸 内温度场的分布等 ,结果表 明:随着喷油提前 角的增大 ,滞燃期 变长 ,最
高平 均 温度 、压 力 和放 热 率峰值 均 增 大 ,且 其 对应 的 曲轴 转 角均 有 前 移 趋 势 ,同 时氮 氧 化 合 物 ( No 排放 增加 ,碳 烟 ( o) 排 放 减 低 ;燃 烧 室速 度 场 和 柴 油浓 度 场 随 曲轴 转 角 的 变化 不 明 的 S t o 的
第六节 柴油机燃烧模拟模型
x1 x xt x x1,x xt
(5-18 5 18)
a(t)是描述浓度瞬态特性的时间因子,可根据质量守 恒条件确定。 恒条件确定
油滴蒸发燃烧模型 油滴蒸发燃烧模型是基于这样认识下建立的:燃油以 极高速度喷入气缸后,撕裂成油滴,向前运动的同时将空 气卷入。 气卷入 油滴受热、蒸发混合成燃油空气混合气,经过滞燃期 后可燃混合气混合着火。 着火以后,除了化学反应外,燃油仍然经历上述的同 样过程,不过过程进行的强度差异很大,不同的时刻喷入 气缸的燃油由于缸内条件不同 蒸发和燃烧过程差异很大 气缸的燃油由于缸内条件不同,蒸发和燃烧过程差异很大。 所以油滴直径和滞燃期对燃烧过程的进程影响很大。
(1) 喷雾模型 气相射流模型 以林慰梓(W.T.Lin W T Lin)为代表的气相射流模型认为燃料的 雾化和蒸发速率远远大于燃料与空气的混合速率,加之接近压 缩始点时,燃料已接近临界状态。 因此燃料一射入燃烧室就立即成为气态 因此燃料 射入燃烧室就立即成为气态,可用气相射流来 可用气相射流来 模拟实为两相混合物的喷雾。
能量方程
m f c f T f Q f m f QL
单个油滴蒸发速率
mf
g
cg
ln( B 1)
g cg ag
df Nu
扩散系数 g
传质系数
B
c g (Ta TB ) Q L c f (TB T f )
油滴表面换热过程的Nusselt数为:
广安博之提出的油滴模型中,忽略液体射流的雾化分 裂过程,假定燃料直接以油滴形式射入燃烧室,并认为油 滴的蒸发速率对燃烧过程起控制作用,油滴模型如下图:
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柴油机燃烧过程的仿真分析北京理工大学机械与车辆工程学院计算机应用与仿真中心Au. Tiger(运用Fire进行燃烧过程分析时,对于与燃烧有关的参数的设置,这里的分析将有一定的指导意义。
这里所描述的,既可以说是参数对燃烧过程的影响,也可以说是运用Fire进行燃烧过程分析的指南。
)基本操作Fire自带的网格划分工具可以划分质量很高的六面体网格,但是数量巨大;如果和Hypermesh结合可以达到较好的效果,详细过程参见仿真论坛中关于FIRE的讨论版。
由于本人对Fire本身建模、划网格的功能不十分熟练,因此大多在ProE或IDEAS中建模、在IDEAS中划网格,然后导出.unv格式的网格供Fire使用。
网格的局部细化等在Fire 中使用Mesh Tools中的Refine工具完成。
ICEM-CFD划分网格的功能也很强大,比I-DEAS 显得稍微快一些,而且适合划分复杂结构的六面体网格,结束后可以导出Nastran格式的网格供Fire使用。
个人认为,较好的网格标准是:尽量是六面体单元(一个六面体单元最少可以分成五个四面体单元,一般是分成六个四面体单元,也就是说采用六面体单元能够显著降低计算规模,从而减少计算机时);单个六面体单元的长宽高之间的比例越接近1愈好,不要超过10;单个六面体单元的棱与棱之间的夹角越接近90度越好,夹角不要低于15度,也就是说正方体是最好的六面体单元;单个四面体单元中最好的正四面体,实际要求就是面容比越小越好;对于整个模型,要求相邻的单元之间大小(长宽高)不能相差太大,一样大小最好,必要时要均匀过度。
Check中的distance工具可用于获取节点坐标、测量节点之间的距离。
Fire中的默 Geo认单位为国际单位。
模型导入Fire中后,需要作适当的处理,原因是:流体计算是很费计算机时的运算,因此网格数量越小越能够很快得到结果,尤其是初期的趋势分析中(后期的精确计算需要较密集的网格保证精度);模型中可能存在疏密不一致的情况——相邻两层网格的大小相差很大;模型中网格大小可能不适合所模拟的情况,例如含喷油的计算中网格大小大约是喷孔大小的4到6倍为佳,因此需要调整网格大小;……导入的网格最好是在划分网格的工具中就检查好没有坏单元的,如果有最好处理掉再导入。
导入后,首先就是利用Fame工具中的Mesh Tools下的refine工具细化或粗化网格,我以为Redimension是最好用的,它可以很方便地改变网格的层数。
其中有个Compression Factor,是指后选的那层网格是先选的那层网格高度的多少倍,可以是任何正数。
任何网格变动后,都要记得用Mesh Tools下的Connect中的Conform connect连接一下,方法是在主窗口点选修改过的模型,然后点击Calculate default自动计算最小间距,不选Selection based方式,然后点击Conform即可。
这一步是必须的,否则计算中会因网格问题出错。
如果模型已有Selection,只要与之相关的网格没有任何变动,就还会保持原状。
如果使用distance工具测量节点距离、或者使用Redimension工具选择单元时,偶尔发现无论点击哪里都选择的是同一个节点或同一个单元,原因可能是因为没有选中模型。
网格修改完后,就可以在模型的边界面上建立Face类型的Selection了——用于施加边界条件。
如果要作动网格,还需要建立Cell类型的Selection。
动网格的实质就是,有一块运动但是形状不变的网格(如w 型燃烧室底部的沉坑部分),挤压或拉伸大小变化的缓冲网格(如燃烧室的圆筒部分),二者的和就是整个燃烧室。
Fire 动网格中网格大小的变化方式是所有网格按照相同的比例在同一方向上伸缩,因此如果网格变化过大会导致所有的网格质量都很低,于是需要在动网格中适时地改变网格的层数。
那么,对于柴油机从进气门关闭到排气门打开这段时间内(一般是210度到500度曲轴转角之间),网格改变几次可以呢?帮助文档中的例子HD Engine 是在320、340度时各改变了一次。
如果计算一下就会发现,上止点360度时活塞顶到缸盖的距离大概是340度时的一半,340度时的是320度时的一半,320度时的是210度时的四分之一,也就是210度刚开始计算时缓冲层每层网格的高度到了320度是缩小了四分之三,如此大的变形是不太合理的。
那么多少曲轴转角时是一半呢?280度。
也就是说,一般需要在280、320、340时各改变一次网格的层数。
对应的上止点以后的380、400、440各需要改变一次。
动网格中会有“幡不动心动”的情况发生:就是外表面的单元面在动网格中是按照正常想得到的方式伸缩的,但是内部的网格是按照意想不到的方式伸缩的。
举个例子,对于一个圆筒,指定最下面的一层网格为运动部分,指定从顶部开始的第三层(哪一层都无所谓,结果都一样)以下到底部第二层的部分为缓冲部分,然后无论是指定这两部分之和为总体还是指定整个圆筒为总体,结果都是这样的:仅仅从外表面的单元面看来,运动过程中只有顶部第三层以下的缓冲部分网格单元面是伸缩的;但是如果切开圆筒看,就会发现内部所有的单元面都是伸缩的——包括最顶上的三层不想它们动的那些单元也是移动了的。
解决办法就是先将不动的三层网格做成一个Selection ,然后在作动网格的界面上的第四个选项卡Smootherk 中选中底部的Use Non Moving Selection 。
切记,开始做动网格之前,赶紧存档——动网格制作过程中是不允许存档的,换言之,动网格必须一气呵成。
初始条件的设置中,压力、密度和温度三者确定其中两个就行了,另外一个会自动根据气体状态方程自动计算。
一般会设置压力和温度作为初始条件,有时为了准确地给出初始状态下的空燃比也可以给出压力和密度。
柴油机燃烧仿真的初始条件和步长问题:由于不是从进气开始计算的,而是从进气门关开始算的,所以初始压力应该稍高一些,比如自然进气的柴油机,初始压力应该在1.6bar 以上,否则不会出现着火;由于Fire 进行内部计算中是按时间计算步长的,不是按照曲轴转角,所以低速情况下实际时间步长比高速的大,计算要慢、不容易收敛;由于自然进气柴油机缸内温度压力低,所以破碎模型中C2可能需要设置得小一些,以保证正常的油束破碎。
初始条件中的湍流动能Turbulence Kinetic Energy (TKE [m²/s²])和湍流长度尺度Turbulence Length Scale (TLS [m])的计算依据如下的公式:25.1u TKE =其中,湍流波动速度m KC u =K 是常数,对于MS 柴油机(大缸径)K=0.25,对于HD 发动机K=0.5,对于HSDI 柴油机(小缸径)K=0.7;是活塞平均速度m C 30/hn C m =h 是冲程[m],n 是发动机转速。
2/v h TLS =h其中是气阀的最大升程。
v2D结果Options中的Monitoring interval(s)用于指定每隔多少步显示一步运算结果,Monitoring history用于指定显示多少步运算结果。
选定网格模型后,通过下拉菜单File内的export可以将Fire的网格转化为其他格式的网格文件;通过convert to可以将Fire中的3D结果读出为ASCII等格式的文件。
在显示过3D结果后,想保存3D结果而直接不Close切面及打开的网格,而直接保存Project时,可能会导致无法再次打开。
解决的办法是:将Calculation下的各Case文件夹的名字改成别的任意的,再打开Project,这时再保存,然后把Calculation下的文件夹的名字改回来即可。
出现错误可以在日志文件.fla文件中大致看出出错的原因。
大多数出错的原因是因为不收敛(diverged)。
导致不收敛的原因很多,最常见的四种:松弛因子设置得太小,导致每一步迭代中的实际步长很小,导致收敛得慢;允许的迭代步数太小;收敛准则设置的允许误差(Convergence Criteria)太小,在指定的迭代步数内难达到;网格有问题或者模型参数设置不对。
选中一个网格模型,然后在File中选择Export可以将网格导出成其它格式的网格;3D 的结果可以从File下的Convert to导出,方法是点击Convert to,然后在弹出的窗口内自定义一个文件名,然后点确定,在接下来弹出的窗口内,先在顶部选择需要导出结果的Case,然后在下方分别选择要导出的计算步和物理量。
已知BUG如果Fire8.31的主界面cfdwm.exe存在时,有时你突然发现电脑的复制-粘贴功能失效了(包括文档中的文字粘贴和文件夹中的文件粘贴)或者提示剪贴板错误之类的,千万不要以为电脑中毒了或者是系统崩溃了,只是因为那个该死的主面板使得系统的剪贴板失效了,只需要轻轻地点一下主面板右上角的退出主面板就可以了。
如果正在计算呢?放心好了,计算只与后台运行的那个cfdsolver.ia32-unknown-winnt.exe程序有关,有没有主界面它都一样运行。
想修改mesh的名字时如果发现从小键盘输入数字无效,不要去检查Num Lock键是否摁下了——Fire在这里不支持小键盘,老老实实从字母键的顶端输入数字吧。
有时你发现,如论如何旋转、、伸缩、移动模型,都只看到模型最外边的一层空壳,里面好像是空的,但是你Check模型又提示是由n多个cell的,你就奇怪了,它们都藏哪里去了呢?其实它们没有藏起来,是FIRE有问题了,只需要轻轻点一下Zoom Home就可以了。
.ssf文件设置中,辐射模块最好不要使用——使用后的效果只有一个:计算出错,自动中止计算。
A VL的技术支持那里曾经成功计算过内燃机内的辐射传热,但我从来没有成功过。
8.31版本中ssf文件编辑时,左右两边的滚动条是联动的,即有时为了看到窗口底部的东西,除了要把左边的滚动条拉到最下外,还需要把右边的滚动条拉到最下边。
2008的版本改进了这一问题,增加了一个新的问题,左边的模块设置中最下面的一个模块可能会“消失”了,需要展开看得见的一个模块,然后合上,再将左边的滚动条拉到最下就能够看见了。
Tools中的Manip Bnd用于加密边界面的网格,只能将所有的边界面都加密——如 Mesh果某些个表面不需要加密,你可以先整体加密,然后用refine工具合并掉就行了。
计算过程中Case文件夹下会产生一个cfdsolver.ia32-unknown-winnt.exe的程序,如果这个文件在计算结束或者异常中止计算后没有删掉,.ssf文件是不能被编辑的。
如果2D结果导出成一个文本文档时,发现结果没有到达计算终点的那个曲轴转角,而只是中间某个曲轴转角以前的2D结果,不必诧异,只是因为2D结果中的某些物理量(比如Soot炭烟的质量分数)在计算的前半段不存在,所以Fire没有作为0处理,而是什么也没有,因此实际长度只是这个物理量存在的那一段曲轴转角内的。