可变涡流对直喷汽油机进气流动和油气混合特性影响的数值模拟
进气可变滚流系统应用于缸内直喷汽油机的数值模拟
进气可变滚流系统应用于缸内直喷汽油机的数值模拟
徐智君;杜爱民;陈波宇;尹建民;李学伟;金则兵
【期刊名称】《车用发动机》
【年(卷),期】2012(000)003
【摘要】建立了缸内直喷(GDI)汽油机三维数值模型,在分析原机工作过程的基础上引入了可变进气滚流系统(VITS).首先采用稳态CFD方法对两种方案进行了分析,进气可变滚流系统工作时气门最大升程的流量系数降低56％,滚流比提高221％.然后对该发动机进气、压缩和油气混合过程进行了瞬态CFD分析,结果显示,可变进气滚流系统工作时,在缸内能形成更规则的大尺度漩涡,与原机相比燃油蒸发速度更快,混合气均匀性更好,适用于GDI发动机均质燃烧模式.
【总页数】5页(P63-67)
【作者】徐智君;杜爱民;陈波宇;尹建民;李学伟;金则兵
【作者单位】同济大学汽车学院,上海201804;同济大学汽车学院,上海201804;同济大学汽车学院,上海201804;泛亚汽车技术中心,上海201201;泛亚汽车技术中心,上海201201;泛亚汽车技术中心,上海201201
【正文语种】中文
【中图分类】TK413.44
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恩源;张小燕;刘斌
3.直喷汽油机可变滚流进气系统实验研究 [J], 尹丛勃;张振东;尹航;孙跃东
4.4气门直喷汽油发动机可变滚流进气系统的试验研究 [J], 范佳琪;张振东;尹丛勃;郑伟
5.汽油机可变滚流进气系统瞬态模拟研究 [J], 张晓彬;张振东;尹丛勃
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低压缸内直喷汽油机进气动态特性建模仿真与实验验证
低压缸内直喷汽油机进气动态特性建模仿真与实验验证
王齐英;胡东宁;刘娜
【期刊名称】《小型内燃机与摩托车》
【年(卷),期】2015(044)004
【摘要】根据直喷汽油机的实际工作过程,通过质量守恒方程、理想气体状态方程和速度-密度方程,运用平均值建模方法建立了电控燃油喷射汽油机进气管内空气动态特性模型,并且通过稳态试验数据确定了模型待定参数.然后用Matlab/Simulink 对模型做模拟仿真.最后分别在稳态和瞬态工况下将仿真结果与台架试验结果进行对比,分析模型能否满足控制过程的实时性要求.台架试验和仿真结果的对比表明:该模型精度高,无论是在稳态还是在瞬态工况下,都能很准确地预测进气流量,可用到有关空燃比控制的设计中.
【总页数】4页(P45-48)
【作者】王齐英;胡东宁;刘娜
【作者单位】天津大学内燃机研究所天津300072;天津大学内燃机研究所天津300072;天津大学内燃机研究所天津300072
【正文语种】中文
【中图分类】TK411+.24
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缸内直喷汽油机进气道流动特性的数值模拟
等 ｄ Ｑ
式中． ｔ ． 一 实 际 活 塞速 度 ； ． １ 广 活 塞 平均 速 度 ； ｒ ｌ 、 １ １ １ 一 平均滚流 比； ｍ 。 ｒ车 ｆ ｊ 对ｒ 气 缸 轴 向速 度 旋 转 的 角 速 度 ； ｔ ｏ ． 一 发动机角速度 ； 一 曲 轴转角。
图 １进 气 道 结 构
５ ｌ ｕ Ａ后 ． １ １ １ 其 引 起 的 橄 化 电位 就 已 超 Ｉ 叶 Ｊ 线性 区 ； 而 阶跃 电流 小 于 依 据 腐 蚀 电 流密 度 与嘭 胀 的 电 化学 屠 汁算 ｍ 土壤 ２ ４ ｕ Ａ时 ， 观 测 极化 反 应 Ｉ 乜 位 的测 量 误 差 比较 大 在 ２ ４ — ５ ｌ ・ Ａ范 同 率 为 ： 内取 阶跃 电流 ３ ６ ｕ Ａ处 町求 得 ： Ｄ：凡 Ａ Ｉ ｃ ／ ：Ｏ
前
（ ） 缸内ｎ喷汽油机的进气过程是１ ｌ ＝ 常复杂的 维流动，合理的气 体 流 动组织 对 充 气效 率 的提 升 、 滚 流 比的 增 ｊ Ｊ Ｉ １ 、 流 量 系数 的增 大 至关 重耍 滚流 比和流量系数是评价进气道 的两个关键参数 气体流 进 ． ＿ ｒ ℃ 中， ｔ ・ 一 实 际 活 塞速 度 ； ， 一 活 巷 平均 速 度 ； ， 一 流 气道 所 产生 的 滚 流 比对决 定着 发 动机 燃烧 速度 的提 丁 ｆ ’ 能力 ，而燃 烧 Ｉ ｌ ｌ 轴转 角 ； （ ， ） 平 均 流量 系数 速 度 的提 Ｙ ｔ ・ 能 够有 效 提 高发动 机 的热 效 率 对缸 内 直喷 汽 油机 进 ｝ 气道 的滚 流 比 和流 量系数 等性 能 参数进 行研 究具 有 照 耍意义＂ 。 Ｉ 文 章 采 用 计算 流 体 力学 软 件 ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｇ ｅ 对 一 款 缸 内 直喷 汽 油 机 的进 气 道 性 能进 行 了仿真 汁算 研 ， 研 究 丁 不 同气 门 升程 下 进 气道 滚 流 比 和流 艟 系数 的 变 化趋 势 ， 对 不 同 网格 单 元 数 鞋干 ¨ 不 同 压 差计 算 边界条件的计算结果进行 了对比分析 １进 气道 滚 流 比和流 量 系数 计 算方 法 进 气 道 滚 流 比和 流量 系 数 是评 价气 道性 能 的两 个 基 夺 参数 ， 二 者之 『 日 】 存 矛 盾 的折 中关 系 。 缸 内直 喷汽 ｛ Ｉ ｛ ｛ 机进 气 道 设计 需 要保 持 定流量系数 的同时， 尽可能提高滚流比。进气道滚流 比和流量 系 数 的 计算 疗法 如式 （ １ ） 和式 （ ２ ） 所 示
PFI汽油机混合气形成的三维数值模拟
表１模型设置 模型选择
Ｄｕｋｏｗｉｃｚ模型 ＴＡＢ模型 Ｓｃｈｍｉｄｔ模型 Ｍｕｎｄｏ Ｓｏｍｍｅｒｆｅｌｄ模型
下文节选了液滴蒸发模型和油膜蒸发模型的 试验验证。
１．１液滴蒸发模型
依据液滴温度均匀一致性的假设．液滴温度 的变化率由能量平衡方程确定，即导入液滴的能 量，或者用来加热液滴，或者用来提供热量进行 蒸发。
计算整个循环，０＂ＣＡ到７２０＂ＣＡ。在计算的 初始２０＂ＣＡ和气门间隙较小的进气上止点处前后 １５＂ＣＡ采用０．１＂ＣＡ的时间步长，其他时刻则选 择０．５＂ＣＡ的时间步长。计算机（ＣＰＵ ３．６ Ｏｎｚ） 求解一个工况约耗时７２小时。
３喷油时刻的影响
为了研究喷油时刻的影响，分别模拟进气门 关时喷油（ＣＶＩ）和进气门开时喷油（ＯＶＩ）两种 不同的喷油时刻条件。其中，ＣＶＩ时设置在压缩 上止点时喷油，ＯＶＩ设置在进气上止点喷油，如 图５所示。喷射方向均是指向气阀背面中心 处。
燃空当量比分布
从图８可以看出： １）Ｎ向、ｃ向和Ｆ向的对比代表了喷射方向 远近的影响。从进气门结束时的气阀平面和中间 平面来看，Ｎ向时缸内整体较为均匀，在活塞顶 面稍浓；Ｃ向时缸内当量比分布不均匀，浓区主 要集中在气缸中下部，另外排气阀下的壁面上还 会形成局部极浓的区域；而Ｆ向时更加不均匀， 浓区收缩在气缸的底部中间，浓区核心依然在底 部壁面，比Ｎ向时左移，面积进一步扩大。综合 上面的分析可以看出，浓区都会分布在底部壁面， 燃油喷射得越远，在气流的运动下，当量比分布 越不均匀，浓区位置越偏左，浓区面积也会越大。 比较这三种喷射方向，Ｎ向时由于当量比分布相 对均匀，较为理想。 ２）Ｉ向、Ｃ向和Ｏ向的对比代表了喷射方向 里外的影响。分析进气门结束时气阀平面和中间 平面的当量比分布，可以看出，Ｉ向时整体缸内偏 稀，在底面和右侧壁面形成小面积的较浓区域， 摄浓的位置出现在靠近排气阀的壁面上，这对控 制排放不利。Ｏ向时前面已有分析，在底部中间 和排气阀下侧形成当量比大于２的浓区。而Ｏ向 时整体相对均匀，没有形成当量比大于１的浓区， 是比较理想的喷射方向。无论是Ｉ向，还是Ｏ向， 在喷雾达到气阀时，气阀已经开启，喷雾主要通 过气阀开启缝隙进入缸内，二次破碎对其混合气 形成起了有利的作用，使得两者的当量比分布都 比Ｃ向直接射向气阀要好。
发动机进气道流动特性的数值模拟
发动机进气道流动特性的数值模拟
程莎莉;朱才朝
【期刊名称】《汽车工程》
【年(卷),期】2007(029)012
【摘要】以发动机整个进气系统为研究对象,建立其三维流动模型,进行流动的数值模拟计算,模拟结果与试验值吻合良好,验证了模型的正确性;在此基础上,对比分析不同升程、不同网格单元模型及不同湍流模型下的流动现象,结果表明:增加网格单元数,计算精度并没有显著提高,而采用RNG κ-ω模型计算,可以更好地处理流线弯曲程度较大的流动,结果更为准确.
【总页数】4页(P1070-1073)
【作者】程莎莉;朱才朝
【作者单位】重庆大学,机械传动国家重点实验室,重庆,400030;重庆大学,机械传动国家重点实验室,重庆,400030
【正文语种】中文
【中图分类】U4
【相关文献】
1.缸内直喷汽油机进气道流动特性的数值模拟 [J], 陈泓;张双;张宗澜
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燃油喷雾过程的大涡模拟研究
燃油喷雾过程的大涡模拟研究燃油喷雾过程是燃烧系统中的关键环节，对于内燃机、锅炉等设备的性能和排放有着重要影响。
为了优化燃油喷雾过程，提高燃烧效率，减少污染物排放，研究者们不断探索新的理论和实验方法。
大涡模拟作为一种计算流体动力学方法，能够捕捉到流场中的详细信息，为燃油喷雾过程的研究提供了有效手段。
本文旨在通过大涡模拟方法，深入研究燃油喷雾过程的动态特性和涡旋结构，以揭示喷雾过程的内在机制，为优化燃油喷雾系统和改善燃烧质量提供理论支持。
为了获取真实的燃油喷雾数据，本文首先设计了一套能够模拟内燃机燃油喷雾过程的实验装置。
该装置包括燃油供给系统、喷嘴、气缸、火花塞等部件，可以模拟不同工况下的燃油喷雾过程。
实验过程中，采用高速摄像机记录燃油喷雾过程，获取喷雾图像。
同时，通过粒子图像速度场仪（PIV）测量喷雾场的流场数据。
将实验得到的图像和数据进行分析和处理，得到喷雾过程中的各种参数。
通过对高速摄像机拍摄的喷雾图像进行处理和分析，发现燃油喷雾过程中存在着多种形态，包括液滴、液丝和液雾。
这些形态的分布和变化受到喷嘴结构、燃油压力、气缸内气流等多种因素的影响。
利用大涡模拟方法对喷雾场进行模拟，发现燃油喷雾过程中存在着复杂的涡旋结构。
这些涡旋结构对于燃油的扩散和混合有着重要影响，可以促进喷雾的均匀分布和燃烧过程的优化。
通过对涡旋结构的研究，可以深入了解喷雾过程的内在机制。
本文通过实验和大涡模拟方法，深入研究了燃油喷雾过程的动态特性和涡旋结构。
研究发现，喷雾过程中存在着多种形态，包括液滴、液丝和液雾。
这些形态的分布和变化受到多种因素的影响。
燃油喷雾过程中存在着复杂的涡旋结构，这些涡旋结构可以促进喷雾的均匀分布和燃烧过程的优化。
通过对涡旋结构的研究，可以深入了解喷雾过程的内在机制。
展望未来，燃油喷雾过程的大涡模拟研究仍有许多值得探讨的方向。
可以进一步探索不同喷嘴结构和操作参数对燃油喷雾过程的影响，以获得更优化的喷嘴设计。
缸内直喷汽油机进气道流动特性的数值模拟
缸内直喷汽油机进气道流动特性的数值模拟作者：陈泓张双张宗澜来源：《科技创新与应用》2016年第33期摘要：以一款缸内直喷汽油机的进气道为研究对象，应用计算流体力学软件converge建立了三维稳态流动计算模型；针对不同的网格模型和进气道压差计算边界条件，分别仿真分析了进气道的性能。
研究结果表明，三维稳态模型计算得出的进气道滚流比、流量系数和试验结果吻合较好；而增加网格单元数量和改变进气道压差边界条件对进气道性能计算没有明显影响。
关键词：缸内直喷汽油机；进气道；三维模型；仿真分析前言缸内直喷汽油机的进气过程是非常复杂的三维流动，合理的气体流动组织对充气效率的提升、滚流比的增加、流量系数的增大至关重要。
滚流比和流量系数是评价进气道的两个关键参数。
气体流经进气道所产生的滚流比对决定着发动机燃烧速度的提升能力，而燃烧速度的提升能够有效提高发动机的热效率[1，2]。
对缸内直喷汽油机进气道的滚流比和流量系数等性能参数进行研究具有重要意义[3，4]。
文章采用计算流体力学软件converge对一款缸内直喷汽油机的进气道性能进行了仿真计算研，研究了不同气门升程下进气道滚流比和流量系数的变化趋势，对不同网格单元数量和不同压差计算边界条件的计算结果进行了对比分析。
1 进气道滚流比和流量系数计算方法进气道滚流比和流量系数是评价气道性能的两个基本参数，二者之间存在矛盾的折中关系。
缸内直喷汽油机进气道设计需要保持一定流量系数的同时，尽可能提高滚流比。
进气道滚流比和流量系数的计算方法如式（1）和式（2）所示。
2 进气道三维仿真结果2.1 converge模型建立converge软件专门应用于与发动机相关的多维流动模拟，主要包括发动机气道分析、缸内流动计算与燃烧过程计算等。
文章所建立的converge进气道计算模型（图1和图2）的边界输入条件为：进口压力100000kpa；出口压力97500kpa；初始压力98000kpa；温度293.15K；湍流长度0.001m；初始湍动能1m2/s2。
涡轮增压直喷汽油机缸内流场、混合气形成和燃烧数值模拟及试验
涡轮增压直喷汽油机缸内流场、混合气形成和燃烧数值模拟及试验黄钰;葛蕴珊;王永军;魏丕勇;刘小平;孟云霞【摘要】建立了发动机3D模型,在发动机进气道上采用了一个滚流控制阀片,以控制发动机气流运动.通过计算流体力学(CFD)软件计算缸内流场随曲轴转角的演变和发展过程,评估了缸内的滚流运动和湍动能.模拟了在当量空燃比条件下缸内混合气的浓度场分布,分析了缸内燃烧过程.研究结果表明:采用滚流控制阀在2000r/min、0.2MPa和1750r/min全负荷工况下能够有效提升缸内滚流比,并且在压缩行程末期增强了湍动能,有助于提升燃烧速率,改善燃烧.通过设计特殊形式的活塞顶面,对喷雾进行引导,避免了燃油喷雾直接碰撞在缸壁.燃烧模拟的缸内压力曲线与实际发动机台架测试的结果吻合性较好.【期刊名称】《内燃机工程》【年(卷),期】2017(038)004【总页数】7页(P7-13)【关键词】内燃机;缸内直喷;缸内流场;喷射雾化;数值模拟【作者】黄钰;葛蕴珊;王永军;魏丕勇;刘小平;孟云霞【作者单位】北京汽车集团有限公司博士后工作站,北京 102206;北京理工大学,北京 100081;北京汽车集团有限公司博士后工作站,北京 102206;北京汽车集团有限公司博士后工作站,北京 102206;北京汽车集团有限公司博士后工作站,北京102206;北京汽车集团有限公司博士后工作站,北京 102206【正文语种】中文【中图分类】TK411+.2一般认为现代的汽油机缸内直喷技术起源于日本三菱公司在1980年左右开展的研究,当时的直喷已经采用电子控制和稀薄燃烧技术,之后奔驰、宝马和大众公司将采用此方案的发动机投入了批量生产。
缸内直喷稀薄燃烧发动机相比传统的气道喷射有更加精确和灵活的燃油喷射控制能力,缸内燃油喷射可以进一步降低缸内的燃烧温度,允许适当提升发动机的压缩比,从而提升发动机的燃烧效率,通过减少节流阀损失降低了泵气损失。
相比气道喷射汽油机,能够大幅降低燃油消耗[1-4]。
发动机进气道流动特性的数值模拟
［ 摘要 ］ 以发动机整个进气 系统为研究对 象 ， 建立其 三维流 动模型 ， 进行流动 的数值模 拟计算 ， 模拟结 果与试 验值吻合 良好 ， 了模 型的正确性 ； 此基 础上 ， 比分析 不同升程 、 同网格单元模 型及不同湍流模型下 的流动 验证 在 对 不 现 象， 结果表 明 ： 网格单元数 ， 增加 计算精 度并 没有显著提 高 ， 用 Ｒ Ｇｋ 模 型计算 ， 以更 好地处理 流线弯 曲 而采 Ｎ ８ － 可
ｈ ｇ ｅ ｃ ｕ ａ ｙ ｉ ｈ ｒａ ｃ ｒ ｃ ． Ｋｅ ｙｗｏ ｄ ｒ ｓ：Ｅｎｇ ｎ ｎ ｅ ｒ ｉ ｅ ｉ ｌ ｔｐｏ ｔ；Ｆｌ ｗ ｈ ａ ｔ ｒｓ ｉｓ；Ｎｕ ｅ ｃ ｌｓｍｕｌ ｔｏ ｏ ｃ ａｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｍ ｒ ａ ｉ ｉ ａ ｉ ｎ
门流量系数 。作者针对某款摩托车发动机建立 了较
维普资讯
汽
车
工
程
２０ ０ ７年 （ ２ ） １ 第 ９卷 第 ２期
Ａ ｔ ｔｅＥ ￣ｎｅ ｎ ｕ ｍｏ ｖ ｎ ｅｒ ｇ ｏ ｉ
２０ ２７ ０ ７４
发 动 机 进 气 道 流 动 特 性 的数 值 模 拟 术
程 莎莉 ， 才朝 朱
（ 庆大学 ， 重 机械 传 动 国 家重 点 实验 室 ， 庆 重 ４０ ３ ０ ００）
ｐ ｒ ｔ ｅｙ ａ ａｙ ｅ ．Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｔ ａ ｎ ｒ ａ ｉ ｇ ｔ ｅ ｎ ｍｂ ｒｏ ｌｍｅ ｔ ｄ ｅ ｏ ｒ ｅ ｌ ｍｐ ｏ ｅ ｃ ｌｕ ａ ｉｎ ａ ａ ｉ ｌ ｎ ｌ ｚ ｄ ｖ ｈ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｈ ｔ ｃ ｅ ｓｎ ｈ ｕ ｅ ｆ ｅ ｎ ｓ ｏ ｓ ｎ ｔｍａ ｋ ｄｙ ｉ ｒ ｖ ａｃ ｌｔ ｓ ｉ ｅ ｏ
程度较 大的流动 ， 结果更为 准确 。
可变气门驱动直喷汽油机缸内气流运动及燃油雾化混合的试验研究_.
天津大学硕士学位论文可变气门驱动直喷汽油机缸内气流运动及燃油雾化混合的试验研究姓名：张东明申请学位级别：硕士专业：动力机械及工程指导教师：王天友20090501中文摘要为了使用三效催化转换器降低排放，目前量产的直喷汽油机主要采用当量比燃烧模式，此时汽油直喷系统仍采用节气门控制负荷，泵吸损失依然存在，所以与气道喷射汽油机相比，该种汽油直喷系统的燃油经济性并没有显著提高。
最近几年，可变气门驱动机构（ｗｒＡ）技术的发展，使得泵吸损失明显减小成为可能，如果将其应用于当量比燃烧的直喷汽油机上，既可消除泵吸损失，降低发动机燃油消耗率，同时又可发挥直喷汽油机动力性等其它优势。
由于机械式可变气门驱动机构的气门升程和正时是联动的，这必将使得发动机缸内流场明显不同，特别在低气门升程下，产生的高速气流对直喷汽油机的燃油雾化和混合产生直接影响。
设计改造了一光学汽油直喷发动机，试验中光学发动机由电机拖动，转速为９６０ｒ／ｍｉｎ，采用粒子图像测速（ＰⅣ）技术，使用最大升程分别为６．８ｍｍ、２．５ｍｍ、２．０ｍｍ和１．７ｍｍ的四种进气凸轮轴，研究了不同气门升程下缸内气体流动特性以及其对燃油雾化和混合的影响。
试验结果表明，直喷汽油机进气初期缸内呈现逆滚流，之后逆向滚流不能得以保持，缸内逐渐形成双涡结构；压缩冲程，进气门侧滚流不断受到挤压而衰减，速度场中可观测到一顺时针滚流形成的趋势。
随着气门升程降低缸内平均速度减小，四种气门升程下滚流比差异不大。
缸内涡流在进气冲程呈现出双涡流特征，并在压缩冲程演变为大尺度涡流。
随着气门升程降低，涡流运动逐渐加强，小气门升程下涡流比增大明显，压缩冲程末期气门升程为１．７ｍｍ时的涡流比是６．８ｍｍ时的３倍。
低通滤波分析发现湍流强度和湍动能随曲轴转角变化的趋势类似，都是在进气冲程随着曲轴转角增大而减小，在压缩冲程反而有逐渐增加的趋势。
滚流测量面上，最大气门升程为６．８ｍｍ时的湍动能和湍流强度随曲轴转角变化不明显。
涡流室柴油机燃油与空气混合过程的多维数值模拟
涡流室柴油机燃油与空气混合过程的多维数值模拟
杜家益
【期刊名称】《江苏理工大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】1996(017)005
【摘要】应用自行开发的大型ＥｎｇｉｎｅＣＦＤ软件包，首次对Ｓ１９５柴油标定工况的燃油雾过程进行了二维数值模拟计算，研究了流场及燃油与空气混合过程程值轴转角的变化规律，以及燃油喷雾对流场的影响。
【总页数】4页(P20-23)
【作者】杜家益
【作者单位】汽车学院
【正文语种】中文
【中图分类】TK421.2
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1.涡流室柴油机燃油与空气混合过程的三维数值计算和实验验证 [J], 夏兴兰;熊锐;李德桃
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喷油嘴孔径和进气涡流对柴油机燃烧特性影响的数值模拟分析
燃 烧 始 ３ ２ ６ 点 （） 。 ０ ３ １ ６． ０
．
３ １ ６． ８ ４４ ３
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３ ０６ ６． ４８ ２
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３０４ ６． ４６ ３
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３０２ ６． ４２ ３
６ ９． ８ ３
燃 烧 终 点 （） 。
４２ ３
４８ １
泛 应用 于各 种 工 程领 域 ， 为工 程设 计 提 供参 考 与 可 指导 。仿真 软件 可 自行编制 ， 难度较 大 ， 但 本文 是利 用Ａ Ｌ 司 的三维Ｃ Ｄ 拟 软件Ｆ Ｒ 和燃油 喷 射模 Ｖ公 Ｆ模 ＩＥ 拟 软件ＨＹ ＳＭ进 行建 模 仿 真 ，就柴 油 机 喷油 系统 ＤＩ
［ 要 ］ 油机 燃 油 系统和 进 气 系统是 决 定发 动机 性 能 的关键 因素 ． 摘 柴 本文 应 用三 维 Ｃ Ｄ 模拟 Ｆ 软件 ＦＲＥ和 燃 油喷射模 拟 软件 ＨＹ Ｉ 对柴 油机 建模 、 真计 算 ， Ｉ ＤＳＭ 仿 分析 了喷 油嘴孔 径 大 小和进 气涡流 强度 对 柴油机 燃烧 特性 的影 响 。结 果表 明 ， 这些 参数 对 柴油机 做 功及 碳 烟 、 ＮＯ 放 的 影 排
１ ６
内 燃 机 与 配 件
２１ ０ ２年 第 ７期
喷油嘴孔径和进气涡流对 柴 油 机燃 烧 特 性 影 响 的数 值 模 拟 分 析
Ｎｕｍ ｅ ｉ ａ ｉ ｕｌ ｔｏ ｏ ｈｅ Ｅ圩ｅ ｔｏ ｈｅ Ｎｏ ｚ ｅ Ｈｏ ｅ ａ ｅ ｅ ｎ ｒ ｃ ｌＳ ｍ ａ ｎ ｎ ｔ ｉ ｃ ｆｔ ｚ ｌ ｌ ｓＤｉ ｍ ｔ ｒ ａ ｄ
７ ３１ ０ ．
预 混 燃 烧 峰 值 （ ） ７ ６２ ２ ．
扩 散 燃 烧 峰 值 （／） ２ ． Ｊ。 １４
汽油机进气压缩过程的三维瞬态数值模拟
汽油机进气压缩过程的三维瞬态数值模拟
陆金华;牛彩云;李延深;廖礼平
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【总页数】4页(P85-87,93)
【作者】陆金华;牛彩云;李延深;廖礼平
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【期刊名称】《华中科技大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】2007(35)6
【摘要】以KIVA程序作为三维瞬态模拟软件,对进气道喷油式汽油机(PFI汽油机)采用闭阀喷射模式在3500r/min全负荷工况以及800 r/min怠速工况下单个工作循环内的油气混合过程进行了计算研究.计算表明两工况有着相似的燃油蒸气浓度分布状况,并且点火前时刻两工况下缸内的混合气浓度分布都比较均匀,空燃比的变化范围不大.计算还表明,800 r/min怠速工况下的燃油蒸发状况明显劣于3500
r/min全负荷工况,该工况下气道内不仅存在附壁油膜,而且部分油膜不能在本循环完全蒸发,致使点火时刻缸内的燃油蒸气浓度明显低于3500 r/min工况下的燃油蒸气浓度.
【总页数】4页(P92-95)
【关键词】进气道喷油式汽油机;油气混合;闭阀喷射;三维瞬态数值模拟
【作者】王晓瑜;陈国华
【作者单位】华中科技大学能源与动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TK41
【相关文献】
1.可变涡流对直喷汽油机进气流动和油气混合特性影响的数值模拟 [J], 尹丛勃;张振东;郭辉;程强
2.汽油机缸内直喷混合过程三维瞬态数值模拟 [J], 王立新;刘斐;魏明锐;文华;李程;王海良;周昌祁
3.汽油机进气压缩过程的三维瞬态数值模拟 [J], 陆金华;牛彩云;李延深;廖礼平
4.电喷汽油机瞬态加速工作过程的数值模拟 [J], 项里程;帅石金;王建昕
5.缸内直喷汽油机喷雾、混合气形成和燃烧过程的三维数值模拟 [J], 白云龙;王志;帅石金;王建昕
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涡流比对双燃料发动机燃烧过程影响的数值分析
流比反应速度下降应该另有原因。 观察图"所示的着火前一时刻缸内流动情况发 现， 涡流比为*时在近燃烧室壁面存在一个漩涡 （图 （ ） ） ， 在近中心的喷油区无漩涡； 当涡流比增达到 " F 在喷油区出现漩涡， 即出现 " 个漩涡 （图 " " ’ 3时， （ ） ） ； 而当涡流比增达到3时， 近中心 （喷油区） 漩涡 G 破碎成两个弱旋涡， 由图可明显看到 - 个漩涡 （图 " （ ） ） 。漩涡的变化表明， 近中心区湍流强度不随涡 H 流比的增加而增加。这一结论由缸内湍流强度等值 线图 （图） 得到进一步证实。
［ ］ ! 性 。另外， 详细的化学反应机理增加了组分输运
义为该曲轴转角下的放热量与总放热量之比。 当涡流比分别为 * 、 发动机在表 " 规定 " ’ 3 时， 的条件下运行， 实测的和计算的放热量变化规律如 图! 。模型的预测结果与试验结果吻合。
方程， 不仅使计算费用增加， 也使平均热化学方程的 封闭产生困难。因此， 在发动机模拟中， 只有在预测 化学动力学控制的过程 （如点火、 敲缸、 污染物排放） 时， 才应用比较复杂的化学模型， 而在预测发动机放 热率和缸内压力时一般应用简单的化学格式。 为描述发动机的燃烧过程， 采用文献 ［ ］ 提出的 " 一个均质引燃燃烧模型。对于混合均匀天然气—空 气充量， 该模型表示为
J 前言
由于能源和环境的要求， 近年来发动机燃料趋 向于应用天然气代替柴油和汽油。由于天然气比柴 油和汽油燃烧速率慢， 为了实现天然气的稀薄燃烧， 并保证天然气发动机性能具有竞争性， 需要研究燃 烧过程的影响因素， 从而增加燃烧速度。燃烧过程 的影响因素很多， 如流动 （旋流和滚流） 、 燃烧室形状 等。通过试验验证这些可能的影响， 不仅费时而且 耗资巨大， 随着数值模型的改进， 以及计算机运行速
汽油机可变涡流数值仿真研究
研究与设计 。
机数值仿真方 法一 直是内燃机行业 的一项 重要设计课 题 ， 并
已获得很 大成 功。
计算 机数值仿 真方 法不仅 能够 为发 动机 的部分 设计 问
题、 性能预测问题提供 有力 的分 析工具 和手 段 ， 大大 减少 试
ｓ ｉ ｙｔｍ ａ ａ ｒｖｄ ｕｔｂ ｅｉｔｎ ｉ ｏｔｘｍｏｉｎ ｏ ｎ ｉｅｃ ｎ ｉｏ ｉ ｏ ｔ ｆｅ ｔ ｇｔｅｅ ｇｎ ｕｐ ｔ ｗ ｒ ｓ ｓｅ ｔ ｔ ｎｐｏ ｉｅａｓ ｉ ｌ ｎｅ ｓｔ ｖｒｅ ｔ ｎ ｅ ｇｎ ｏ ｄｔ ｎｗ ｔ ｕ ｃｉ ｈ ｎ ｉｅｏ ｔｕ ｌ ｈ ｃ ａ ｙ ｏ ｉ ｈ ａ ｎ
燃烧模型对进气管可变 技术 对汽 油机流 动特性及 其性 能影
１ 引 言
发动 机工 作过程循环仿真 和 Ｃ Ｄ流体 动力学 数值仿 真 Ｆ
对于设计 和研究 具有 重要指 导作 用 ， 因此 近三 十年来 ， 算 计
响进行了全面深入的研究 ， 采用 了集 一维发动机工作 过程数
值仿真 、 三维 Ｃ Ｄ流 场 ， Ｆ 燃烧 仿 真 为一 体 的现 代 化研 究 方 法。计算与分析技术 可 以方 便地移 植到其 它型号 发动 机进
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ ：Ｉ ｉ ｉ ｉ ｕ ｔ ｏ ａ ｈ ｅ ｅ ｔ ｅ ｌｗ ｓ ｅ ｃ ｎ ｍｙ ｉ ｅｗｈ ｌ ｐ ｅ ａ ｇ ｅ ａ ｓ ｉ ｅ ｅ ｔｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｔ ｓ ｄｆ ｃ ｌ ｔ ｃ ｉｖ ｈ ｏ ｅ ｔｆ ｌ ｏ ｏ ｎ ｔ ｏ ｅ ｓ ｅ ｄ ｒ ｎ ｅ ｂ ｃ ｕ ｅ ｄｆ ｒ ｎ ｏ ｄ ｔ ｎ ｕ ｅ ｈ ｉ
ｉ ｅｃｓ ｆｏ ｅｄ ｐｏｅ ｎ ｎ ｏ ｂ ｓｏ ｒｃｓ．Ｕ ｉｇ ｈｅ —ｄｍ ｎｉ ａ ｍ ｄｌ ｇｓ ｔａｅ Ｉ Ｅｔ ｎｔ ａｅ ｗ ｓ ｅｓ ｏｉ ｒ ｇ ｅｃｍ ｕｔ ｎｐｏｅｓ ｓ ｒｅ ｉ ｅｓ ｎｌ ｏ ｅｎ ｆ ｒ ＦＲ ｈ ｏｌ ｐ ｔ ｍ ｖ ｅｉ ｉ ｎｔ ｏ ｉ ｏｗ ｏ ｓ ｕａｅｔｅｅｅｔ ｆ ｈ ｉｅｅｔｎｅｓｉｓ ｆｈ ｄｙｃｒ ｎ ｎｔｅｅｇ ｅｃｍ ｕｔ ｎｐｏｅｓ ｎ ｒｕｈｔｅ ｉ ｌ ｆ ｃ ｏ ｅｄｆ ｒｎ ｉｔ ｉｅ ｅｅｄ ｕｒ ｔ ｎ ｎ ｏ ｓｏ ｒｃｓ，ａｄｔ ｏ ｇ ｈ ｍ ｔ ｈ ｔ ｎｔ ｏｔ ｅ ｏ ｈ ｉ ｂ ｉ ｈ
燃气轮机涡旋式喷嘴内流体动力特性数值模拟研究
关键词 ： 气轮 机 ； 燃 涡旋式喷嘴 ； 涡旋数 ； 值模拟 数
分类号 ：７ ． １ ４４ ７ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ １５ ８ （００）２０ ２ －３ １０ －８ ４ ２ １ ０ －１００ ．
Ｎｕ ｒ ａ ｔｄ ｎｔｅＦｏ ｙ ａ ｃ ｎａＮｅ ｗｉｅ ｏ ｓＴ ｒｉｅＣ ｍｂ ｓ ｒ ｍｅｉ ｌＳｕ ｙｏ ｈ ｌｗ Ｄ ｎ ｍｉｓｉ ｗ Ｓ ｒ ｒｆｒＧａ ｕｂｎ ｏ ｕｔ ｓ ｃ ｌ ｏ
第５卷第２ ２ 期
２１ ０ ０年 ４月
汽 轮
机
技
术
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ ２ １５ ． Ａ ｔ２ Ｉ ｐ． ０Ｏ
兀Ｊ Ｉ Ｅ Ｔ ＨＮＯＬ Ｙ ＲＢ Ｎ ＥＣ ０Ｇ
燃气轮机涡旋式 喷嘴 内流体动力特性 数 值 模 拟研 究
徐永 国， 李秀香 ， 李宇峰
（ 尔滨汽轮机厂有限责任公司， 尔滨 １０４ ） 哈 哈 ４０６
ｎ ｍｂ ｒ ．Ｈｏ ｅ ｅ ． ｒ ｅ ｕ ｒｃ ｌａ ｄ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌｓｕ ｉｓ ａｅ ｎ ｃ ｓ ａ ｙ ｔ ｅ ｃ ｒ ｉｄ ｏ ｔｉ ｒ ｅ ｈ ｒ ｃｅｉｅ ｔｅ ｕ ｅｓ ｗ ｖ ｒ ｆ ｔ ｒｎ ｍｅ ｉａ ｘ ｉ ｎａ ｔ ｄ ｅ ｒ ｅ ｅ ｓ ｒ ｏ ｂ ａｒｅ ｕ ｎ ｏｄ ｒｔ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｕ ｈ ｎ ｅ Ｏ ｚ ｈ ｌ ｆ ｗ ｙ ａ ｃ ｒｄ ｃ ｄ ｂ ｅ ｎ ｖ ｌｓ ｒｅ ｎ ｓｉ ａ ｔ ｎ ｔ ｅ ｃ ｍｂ ｓ ｏ ｒ ｃ ｓ ． ｏ ｄ ｎ ｍｉ ｓｐ ｏ ｕ ｅ ｙ ｔ ｏ ｅ ｗｉ ｒａ ｄ ｉ ｍｐ ｃ ｏ ｕ ｔ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｈ ｌ ｔ ｏ ｈ ｉ
Ｋｅ ｒ ｓ ｇ ｓｔ ｒ ｉ ｅ ｗｉｌ ｒ ｗｉ ｌ ｕ ｙ ｗｏ ｄ ： ａ ｕ ｂ ｎ ；ｓ ｒ ｅ ；ｓ ｒ ｍｂ ｒ ｕ ｒｃ ｌｓｍｕ ａ ｉ ｎ ｎ ｅ ；ｎ ｍｅ ｉａ ｉ ｌ ｔ ｏ
可变涡流对直喷汽油机进气流动和油气混合特性影响的数值模拟
可变涡流对直喷汽油机进气流动和油气混合特性影响的数值模
拟
尹丛勃;张振东;郭辉;程强
【期刊名称】《汽车工程》
【年(卷),期】2013(035)008
【摘要】为一台带可变涡流进气道的缸内直喷汽油机建立了三维数值模型,对其在2 000和5 500r/min全负荷工况和涡流调节阀开启与关闭不同状态下的进气、喷雾和混合气形成过程进行数值模拟.结果表明:通过涡流调节阀开启和关闭可以改变进气门周围进气流动速度分布,进而调节缸内滚流强度.在低转速时,涡流阀关闭使缸内滚流强度明显提高,达涡流阀开启时的4～6倍;关闭涡流阀产生的大滚流强度加快了缸内燃油雾化速度,有助于在点火时刻形成浓度均匀一致的混合气.但在高转速时,关闭涡流阀使进气道流通能力受到抑制,缸内进气质量仅为涡流阀开启时的2/3,且过大的湍动能也不利于稳定燃烧.
【总页数】6页(P677-682)
【作者】尹丛勃;张振东;郭辉;程强
【作者单位】上海理工大学机械学院,上海200093;上海理工大学机械学院,上海200093;上海理工大学机械学院,上海200093;上海工程技术大学汽车工程学院,上海201620;上海理工大学机械学院,上海200093
【正文语种】中文
【相关文献】
1.缸内直喷汽油机进气道流动特性的数值模拟 [J], 陈泓;张双;张宗澜
2.可变涡流直喷汽油机流动及燃油喷射的数值模拟 [J], 尹丛勃;张振东;郭辉;程强
3.柴油机可变涡流进气流动的数值模拟研究 [J], 王莉;范宇;刘德新;信曦
4.滚流对直喷汽油机油气混合及燃烧特性影响的数值模拟研究 [J], 张振东;尹丛勃;郭辉;程强
5.可变涡流对直喷汽油机进气流动特性影响数值模拟 [J], 胡文君
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可变气门升程对涡轮增压缸内直喷汽油机缸内流动特性的影响
可变气门升程对涡轮增压缸内直喷汽油机缸内流动特性的影响赵昌普;钟博;朱云尧;张军;董大陆;李小毡【摘要】In order to understand the effect of variable valve lift on in-cylinder flow,numerical simulation method was used to analyze the flow characteristics of in-cylinder air under different max valve lift(MVL)in a turbocharged gasoline direct injection(GDI)engine. The results showthat,with the valve lift decreasing,the clockwise tumble on the cross-section through the axis of intake valve increased,and at 120°,CA,the air flow is counter-clockwise large-scale tumble when MVL is 7.7,mm,while itis clockwise large-scale tumble when MVL is 1.0,mm;it can improve the tumble ratio at the beginning of intake process under low MVL condition,but at the end of intake process and compression process,the tumble ratio when MVL is 1.0,mm is significantly lower than that when MVL is 7.7,mm and 4.0,mm;with the MVL decreasing,the first peak of turbulence intensity significantly increased,with the peak value being 0.54 and 1.03 when MVL is 7.7,mm and 1.0,mm,respectively,while the decay rate is fast under low MVL condition,and at the end of compression the turbulence intensity is similar for three MVLs values.%采用数值模拟方法对不同最大进气门升程(MVL)下涡轮增压缸内直喷汽油机缸内气体的流动特性进行分析，以掌握变气门升程对缸内流动的影响规律．结果表明，MVL 的减小使过进气门中心线的纵截面内的顺时针滚流增强，在120°,CA时刻，MVL为7.7,mm时截面内气体流动以逆时针滚流为主，而MVL为1.0,mm时截面内气体流动以顺时针滚流为主；低 MVL 有利于进气初期缸内滚流比的提高，而在进气后期及压缩过程中，MVL 为1.0,mm时缸内滚流比明显低于MVL为7.7,mm和4.0,mm时的缸内滚流比；随着进气门升程的减小，湍流强度第一个峰值明显升高(MVL为7.7,mm时峰值为0.54，而MVL为1.0,mm时峰值达1.03)，但小MVL条件下湍流强度衰减较快，在压缩末期3种MVL下的湍流强度差别较小．【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2013(000)008【总页数】6页(P737-742)【关键词】缸内直喷汽油机;可变气门升程;数值模拟;滚流比;湍流强度【作者】赵昌普;钟博;朱云尧;张军;董大陆;李小毡【作者单位】天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津,300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津,300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津,300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津,300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津,300072;天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津,300072【正文语种】中文【中图分类】TK421随着排放法规的越来越严格及能源资源的日趋紧张，提高发动机效率、降低发动机的排放一直是内燃机研究的热点．缸内直喷式(GDI)汽油发动机，由于其相对于传统气道喷射(PFI)来说燃油经济性得到大幅提升，成为当前汽油机研究的一个热点方向[1].第一代 GDI发动机采用分层燃烧技术，具有较高的燃油经济性，而其NOx排放较高，且在低负荷、冷启动时HC、CO排放也较高[2]．新一代GDI发动机[3]所有工况都运行在均质燃烧模式，可合理地组织缸内混合气的形成，同时可采用三效催化转化器来控制排放．然而车用发动机的燃油经济性除受到发动机运行模式的影响外，还受到负荷、车辆变速类型及车辆大小的影响，因此提高发动机的强化程度、减小发动机尺寸是汽油机的一个发展方向．涡轮增压技术可有效提高发动机的升功率，据 Bandel等[4]研究表明，均质燃烧模式中，在涡轮增压和可变凸轮轴相位技术的协同作用下缸内直喷汽油机可同时实现高的燃油经济性和低排放的目标．然而，当前发动机仍采用节气门来控制发动机负荷[5]，存在较大的泵气损失．可变气门升程(VVL)技术能够通过灵活控制发动机的有效排量来控制负荷，可有效提高发动机效率而被许多研究者重视．目前许多公司的可变气门升程机构已投入实际应用中，如NISSAN公司开发的VEL系统能够获得连续可变的气门升程和凸轮转角[6]，宝马公司的 Valvetronic系统实现了无节气门的可变气门升程负荷调节[7]．可变气门升程技术的使用对缸内混合气形成及燃油分布产生重要影响，进而影响发动机的性能和排放．因此研究不同进气门升程对缸内流场及湍动能的影响具有一定的工程应用价值．本文通过对涡轮增压缸内直喷火花点燃式汽油发动机进行模拟计算，对不同进气门升程下缸内气体的流动特性进行了研究，包括流场结构及湍流强度的变化规律，可为可变气门升程技术在涡轮增压缸内直喷汽油机上的推广应用提供理论参考．1 计算模型的建立1.1 几何模型的建立本文对某四冲程四气门涡轮增压缸内直喷汽油机的缸内流场变化规律进行模拟．表1为发动机基本参数，计算所用动网格由 ES-ICE生成．计算网格如图 1所示，网格总数为 623,455，其中进气道部分网格数为 168,906，排气道部分网格数为154,233．发动机工作过程流场的计算采用通用流体力学计算软件STAR-CD．表1 发动机基本参数Tab.1 Basic parameters of the engine缸数缸径/mm 行程/mm 排量/L压缩比配气正时4 84 81 1.8 10.3 IVO 32°,CA BTDC IVC 23°,CA ABDC EVO 30°,CA BBDC EVC 32°,CA ATDC1.2 数学模型发动机工作过程中，缸内流动具有明显的非稳态、快速压缩和强湍流的特点[8]，因此数学子模型的选择直接影响到计算结果的准确性．气道及缸内气流运动由一组守恒的偏微分方程、状态方程和湍流模型方程控制．其中守恒的偏微分方程包括连续性方程、动量方程及能量方程．文中湍流模型选用适用于高雷诺数、强变密度流计算的RNG k-ε 模型[9].图1 计算网格Fig.1 Simulation mesh1.3 边界条件计算时定义进气上止点为0°,CA，压缩上止点为360°,CA，则计算区间为－40°,CA(2°,CA BIVO)～360°,CA(TDC)．计算域初始温度、压力由 GTPOWER计算得出．发动机转速 2,000,r/min、进气门升程曲线为原机升程曲线时，其初始边界条件如表 2所示．固壁条件采用标准壁面函数，采用可压缩理想气体(空气)作为流动介质．表2 初始边界条件Tab.2 Initial boundary condition参数名称压力/kPa 温度/K进气道 158.2 1,350气缸 202.5 1,238排气道 169.6 1,1391.4 计算工况为单独研究气门升程对发动机缸内流场和浓度场的影响，计算时保持初始边界条件、气门正时和气门持续期不变，对不同进气门升程曲线的工况进行计算．所采用的进气门升程曲线如图 2所示，各曲线所对应的最大进气门升程(max valve lift，MVL)αMVL分别为7.7,mm、4.0,mm、1.0,mm．图2 模拟计算的气门升程曲线Fig.2 Valve profile for simulation1.5 分析参数为直观表述缸内流场的总体特征，定义平均滚流比、湍流强度两个参数[10]．滚流比为湍流强度为式中为第i个网格单元的质量；为第 i个网格单元到滚流中心的距离；为第 i个网格单元的速度；ki为第 i个网格单元处的湍动能；vp为活塞平均速度．2 计算结果分析2.1 模型有效性验证由于除怠速起车和催化器快速起燃工况外，缸内直喷汽油机均要求缸内混合气均匀分布，而在低负荷工况下，极易造成缸内混合气分布不均，引起颗粒物排放增加，因此低负荷下缸内直喷汽油机对气体流动要求较高．本文对发动机在2,000,r/min、平均有效压力为0.2,MPa工况的缸内流场进行计算．本文所用机型的缸内流动形式以滚流为主，通过计算缸内滚流比的变化曲线与文献[11]中经过实验验证的计算结果进行对比验证模型的有效性．该工况的初始边界条件由实验获得，具体参数设置[11]见表3．表3 初始边界条件Tab.3 Initial boundary condition参数名称压力/kPa 温度/K 进气道 045.0 1,340气缸 079.3 1,100排气道 106.0 1,973图3为本文所建模型计算结果与文献[11]中结果的对比．本文模型的计算结果表明，发动机缸内平均滚流比在进气初期快速升高，并达到第一个峰值，之后由于进气量减少、滚流破碎，缸内平均滚流比有一定降低；而在压缩过程由于活塞的压缩作用使缸内气体的滚流运动得到一定的加强，因而缸内平均滚流比有一定的升高，并达到第二个峰值．通过两曲线对比表明，本文模型计算所得平均滚流比的变化趋势与验证值基本一致．这表明本文所建计算模型可以用来预测分析发动机缸内流场的演变过程．图3 缸内平均滚流比随曲轴转角的变化曲线Fig.3 Variation of average tumble ratio with crank angle2.2 不同气门升程下缸内流场的变化规律对于缸内直喷汽油机，缸内气体的流动形式影响着缸内燃气混合过程，对混合气的分布情况和燃烧过程有重要影响[12]．本文所用机型采用垂直进气道形式，在缸内形成较强的滚流运动．因此文中主要对不同αMVL下缸内滚流运动状况进行分析．图 4为进气初期(40°,CA)不同αMVL下，过进气门中心线的纵截面内的流场结构．由图 4(a)可知，αMVL为 7.7,mm 时在进气门处形成两股气体流动形式，左侧气流流经排气门侧而向下流动，而右侧气流沿壁面向下流动．同时两股气流在进气门下侧形成方向相反的双滚流结构．通过比较不同αMVL下的流场结构可以发现，随着αMVL的减小，进气速度有明显的增大，在αMVL为 7.7,mm 时截面内最大气流速度(Local MX)为 69.55,m/s，而αMVL为 1.0,mm 时 Local MX 为179.9,m/s．同时，由图 4(a)、4(b)、4(c)相比较可知，αMVL为 1.0,mm 时进气气流厚度明显低于αMVL为7.7,mm时的气流厚度，且左侧滚流中心向左偏移．这主要是因为随着αMVL的减小，进气门开度明显减小，进气截面积随之减小，因此形成较薄的进气气流；同时由于小气门升程下的节流作用，使缸内形成较大的真空度，因此进气速度明显增大．图 5为进气中期(120°,CA)不同αMVL下，过进气门中心线的纵截面内的流场结构．120°,CA 时刻，αMVL为 7.7,mm和 4.0,mm时，截面内最大进气速度较进气初期(40°,CA)时有所降低；而αMVL为 1.0,mm时最大进气速度高于40°,CA时刻．这主要是因为此时发动机转速较低(为 2,000,r/min)，故进气门开的时间足够长；αMVL为 7.7,mm和 4.0,mm时进气门开度较大，因此在120°,CA缸内真空度较小，因此进气速度有所减小．而αMVL为1.0,mm 时，由于进气门开度小，缸内真空度持续增大，因此进气速度持续增大．图4 进气初期(40°,CA)不同进气门升程对缸内流场的影响(过进气门轴线的纵截面)Fig.4 Velocity fields at the early stage of intake stroke(40°,CA)(on the cross-section through the axis of intake valve)由图 5(a)、5(b)、5(c)相比较可得，在120°,CA时刻，αMVL为7.7,mm时截面内形成大尺度的逆时针滚流运动；而αMVL为 4.0,mm 时，截面内逆时针滚流明显减弱，且在活塞右下侧形成明显的顺时针滚流；αMVL为 1.0,mm 时，由于进气速度较高，因此进气气流主要沿两侧壁面向下流动，同时在截面左上侧存在小尺度逆时针滚流，在缸内形成大尺度顺时针滚流，此时截面内形成以顺时针滚流为主的流场结构．由以上分析表明，随着αMVL的减小，截面内逆时针滚流强度逐渐减小，而顺时针滚流强度不断增强．图 6所示为压缩末期(300°,CA)不同αMVL下，过进气门中心线的纵截面内的流场结构．由图 6可知，截面内气体速度较低，且 3种αMVL下气体最大速度差异较小，这主要是因为随着活塞上行，缸内空间不断减小，缸内气体不断被压缩，截面内滚流结构逐渐破碎，气体速度不断减小，缸内气体流动趋于一致.图5 进气中期(120°,CA)不同进气门升程对缸内流场的影响(过进气门轴线的纵截面)Fig.5 Velocity fields at the middle stage of intake stroke(120°,CA)(on thecross-section through the axis of intake valve)2.3 不同气门升程下缸内平均滚流比的变化规律图 7为不同αMVL下，缸内平均滚流比随曲轴转角的变化曲线．计算时定义沿图4所示截面方向形成的逆时针滚流为正，顺时针滚流为负．由图7可看出，在－40°,CA～40°,CA气门叠开期，3种αMVL下缸内整体平均滚流比变化趋势一致．40°,CA 后，αMVL为7.7,mm和4.0,mm时缸内平均滚流比迅速变为正，并快速升高，在120°,CA 时达到最大值．120°,CA 之后，由于进气门开度减小，进气量降低，而活塞下行使缸内滚流回转半径增大，滚流发生变形，平均滚流比逐渐下降．αMVL为 4.0,mm 时气门开度低于αMVL为 7.7,mm，同时进气量低于αMVL为 7.7,mm 时的进气量，因此其平均滚流比迅速降低，低于αMVL为7.7,mm时的平均滚流比．压缩过程中由于缸内空间减小，滚流回转半径减小，使缸内平均滚流比有一定的增大，图 7中αMVL为 4.0,mm 时，300°,CA 时缸内平均滚流比迅速增大而高于αMVL为7.7,mm时的值，之后缸内滚流不断受到压缩而破碎，平均滚流比不断减小．图6 压缩末期(300°,CA)不同进气门升程对缸内流场的影响(过进气门轴线的纵截面)Fig.6 Velocity fields at the end stage of compression stroke(300°,CA)(on the cross-section through the axis of intake valve)图7 不同αMVL下缸内平均滚流比随曲轴转角的变化曲线Fig.7 Variation of average tumble ratio with crank angle for different αMVL由图 7可看出αMVL为 1.0,mm 时，在40°,CA之后，由于气门开度较小，进气量较低，因此缸内平均滚流比逐渐减小，在压缩过程缸内平均滚流比低于αMVL为7.7,mm和4.0,mm时的滚流比．2.4 不同气门升程下缸内湍流强度的变化规律缸内混合气具有较高、较稳定的湍动能才能保证燃烧的稳定进行，通过改变进气门升程，造成进气速度的明显改变，其湍动能势必会随之发生变化[13]．图8所示为不同αMVL下，缸内湍流强度随曲轴转角的变化曲线，可以看出其整体变化趋势基本一致．在进气初期随着进气门的开启，其湍流强度迅速升高，达到第一个峰值；之后由于进气量和进气速度的减小使湍流强度减小，在压缩过程中由于缸内滚流受到压缩不断破碎，使湍流强度有一定升高，在压缩末期达到第二个峰值．该变化规律与 Li等[14]的 LDA实验结果是一致的．对比不同αMVL下湍流强度的变化可以看出，随着最大气门升程的减小，其第一个湍流强度峰值不断增大，图8中αMVL为1.0,mm时第一个湍流强度峰值为1.03，而αMVL为 7.7,mm 时仅为 0.54．但在进气后期，αMVL为 1,mm时缸内湍流强度快速衰减，在进气门关闭时刻(203°,CA)湍流强度降为 0.41，而αMVL 为7.7,mm 时湍流强度为 0.30．在压缩过程中αMVL为1.0,mm 时，湍流强度虽有一定的升高，但增幅较小，在压缩上止点时αMVL为 1.0,mm 时缸内湍流强度为0.33；而αMVL为 4,mm 和 7.7,mm 时缸内湍流强度在0.315左右．由以上可知，低αMVL条件下可在进气初期提高缸内湍流强度，但由于低αMVL下缸内湍流强度衰减较快，且在压缩过程增幅较小，因此在最终压缩上止点时湍流强度并没有显著地高于高αMVL条件下的相应值．图8 不同αMVL下湍流强度随曲轴转角的变化曲线Fig.8 Variation of turbulence intensity with crank angle for different αMVL3 结论(1) 在进气过程中，随着最大进气门升程(αMVL)的减小，过进气门中心线的纵截面内逆时针滚流逐渐减弱，而顺时针滚流不断增强，αMVL为 1.0,mm 时，截面内形成以顺时针滚流为主的流场结构．(2) 在进气初期，不同αMVL下缸内平均滚流比均处于较高水平．在进气后期及压缩过程，随着气门升程的减小缸内平均滚流比明显降低，αMVL为1.0,mm时，压缩过程中缸内平均滚流比明显低于αMVL为7.7,mm和4.0,mm时的平均滚流比．(3) 随着αMVL的减小，湍流强度第一个峰值明显升高，αMVL为 7.7,mm 时峰值为 0.54，而αMVL为1.0,mm 峰值达到 1.03．在压缩过程中，αMVL为1.0,mm时湍流强度衰减速度较快，在压缩上止点附近，3种αMVL下湍流强度相差不大．【相关文献】［1］王建昕，王志. 高效清洁车用汽油机的研究进展[J]. 汽车安全与节能学报，2010，1(3)：167-178.Wang Jianxin，Wang Zhi. Research progress of high efficient and clean combustion of automotive gasoline engines[J]. Journal of Automotive Safety and Energy，2010，1(3)：167-178(in Chinese).［2］ Zhao F，Lai M C，Harrington D L. Automotive sparkignited direct-injection gasoline engines[J]. Progress in Energy and Combustion Science，1999，25(5)：437-562.［3］O′Blenes R D，Bothwell S G. Ecotec 2.0 liter race engine[C]//SAE Technical Paper. USA，2002-01-3354.［4］ Bandel W，Fraidl G K，Kapus P E，et al. The turbocharged GDI engine：Boosted synergies for high fuel economy plus ultra-low emission[C]//SAE Technical Paper. USA，2006-01-1266.［5］胡顺堂，谢辉，陈韬，等．可变进气门升程对汽油机泵气损失的控制及对燃烧过程的影响[J]. 燃烧科学与技术，2011，17(1)：29-34.Hu Shuntang，Xie Hui，Chen Tao，et al. Control of pumping loss and effect on combustion process of a gasoline engine by variable intake valve lift[J]. Journal of Combustion Science and Technology，2011，17(1)：29-34(in Chinese).［6］ Arinaga T，Kobayashi M，Ushijima K，et al. A study of friction characteristics of continuously variable valve event & lift(VEL)system [C]//SAE Technical A，2006-01-0222.［7］ Hannibal W，Flierl R，Stiegler L，et al. Overview of current continuously variable valve lift systems for fourstroke spark-ignition engines and the criteria for their design ratings[C]//SAE Technical Paper. USA，2004-01-1263.［8］ Fan L，Reitz R，Trigui N. Intake flow simulation and comparison with PTV measurements[C]//SAE Technical Paper. USA，1999-01-0176.［9］马贵阳，解茂昭. 用RNG k-ε模型计算内燃机缸内湍流流动[J]. 燃烧科学与技术，2002，8(2)：171-175.Ma Guiyang，Xie Maozhao. Application of RNG k-ε model to the in-cylinder turbulent flow in ICE[J]. Journal of Combustion Science and Technology，2002，8(2)：171-175(in Chinese).［10］ Payri F，Benajes J，Margot X，et al. CFD modeling of in-cylinder flow in direct injection diesel engines[J].Computers & Fliuds，2004，33(8)：995-1021.［11］陈海娥，宫艳峰，李伟，等. 缸内直喷汽油机的喷雾模拟[J]. 汽车技术，2010(1)：9-13.Chen Hai′e，Gong Yanfeng，Li Wei，et al. 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ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｆ ｕ ｌ ｌ ｌ ｏ ａ ｄ ａ ｔ ２ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ａ ｎ ｄ ５ ５ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈ ｓ ｗ ｉ ｒ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｖ ａ ｌ ｖ ｅ（ Ｓ Ｃ Ｖ）ｏ ｐ ｅ ｎ ａ ｎ ｄ ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ
荷 工况和涡流调节 阀开启与关 闭不 同状态 下的进气 、 喷雾 和混合气形 成过 程进 行数值模 拟。结果 表明 ： 通过 涡流调
节 阀开启和关闭可 以改变进气 门周 围进气 流动速度分布 ， 进 而调节缸 内滚 流强 度。在低 转速时 ， 涡流 阀流 阀开启时的 ４— ６倍 ； 关 闭涡流阀产生 的大滚流强度加快 了缸 内燃油雾化速 度 ， 有 助于在 点 火时刻形成浓度均匀一致 的混合气 。但在高转速 时 ， 关闭涡流 阀使进气道流通能力受 到抑 制 ， 缸 内进气质量仅 为
１ ． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆＭｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆＳ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ｆ ｏ ｒ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ９ ３ ２ ． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆＡ ｕ ｔ ｏ ｍ ｏ ｂ ｉ ｌ ｅ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｅｅ ｎ ｉ ｒ ｎ ｇ ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｎ ｉ ￣ｏ ｆＥ ｎ ｇ ｉ ｅｅ ｎ ｉ ｒ ｎ ｇ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ １ ６ ２ ０
尹丛勃 ， 张振 东 ， 郭
（ １ ．上海理工大学机械 学院 ， 上海
辉 ， 程
强
２ ０ １ ６ ２ ０ ）
２ ０ ０ ０ ９ ３； ２ ．上海工程技 术大学汽 车工程 学院， 上海
［ 摘要 ］ 为一台带可变涡流进气道 的缸 内直喷汽油机建立 了三维数值模 型 ， 对 其在 ２ ０ ０ ０和 ５ ５ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ全负
ｔ ａ ｋｅ ｐ ｏ ｒ ｔ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ａ ｎｄ ａ ｎ ｕ ｍｅ ｉｃ ｒ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｉ ｔ ｓ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｓ ｐ ｒ ａ ｙ ａ ｎ ｄ ｍｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ｕ ｎ ｄｅ ｒ ａ
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涡流阀开启时的 ２ ／ ３ ， 且过大 的湍动能也不利 于稳定燃烧 。
关键 词 ： 直 喷汽 油机 ； 可 变涡 流进 气道 ； 油气 混 合 ； 滚流 ； 数值模 拟
Ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ Ｖａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ Ｓ ｗｉ ｒ ｌ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｉ ｎ ｔ ａ ｋ ｅ Ｆ ｌ ０ ｗ ａ ｎ ｄ
汽
车
工
程 ２ ０ １ ３ （ Ｖ ｏ １ ． ３ ５ ） Ｎ ｏ ． ８
２ ０ １ ３年 （ 第３ ５卷 ） 第 ８期
Ａ ｕ ｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
２ ０１ ３１ ２ ７
可 变 涡 流 对 直 喷汽 油 机 进 气 流动 和油 气 混 合 特性 影 响 的数 值 模 拟