16
内燃机与配件
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
2012年第7期
Numerical Simulation onthe Effectof theNozzle Holes Diameterand
Cylinder Swirl on Diesel's Combustion Characteristics
刘瀚1刘镇2吴娇3张晓峰4
（1.海军驻广州427厂军事代表室2.海军工程大学3.武汉理工大学4.91639部队）
【摘要】荣油机燃油系统和进气系统是决定发动机性能的关键固素，本文应用三维CFD模拟软件FIRE和燃油喷射模拟软件HYDSIM对荣油机建模、仿真计算，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，这些参数对荣油机做功及碳烟、NO，排放的影响明显。
[关键词]喷扎直径汽缸涡流燃烧特性数值模拟
Key words: Nozzle diameter Cylinder swirl Combustion characteristics Numerical simulation
目前，日趋严格的排放法规、激烈的市场竞争
和能源短缺，使得柴油机不断引人新技术，间低污染、低油耗、高比功率的方向发展。而提高柴油机动力性，降低油耗和排放的关键在于改善柴油机的燃烧。柴油机燃烧过程的优劣主要取决于喷油系统、进气系统和燃烧室结构三者之间的匹配。柴油机的燃烧是依靠燃油高压喷入燃烧室，与高温高压的空气混合，经过一系列物理化学准备，然后着火燃烧。燃烧室内可燃混合气的形成时间极为短促，其燃烧放热规律和燃油经济性主要取决于燃油的喷射雾化及扩散混合，对喷雾质量要求高。
如果用传统的试验方法对柴油机燃烧性能的影响做出分析，花费大、周期长。而现在由于计算机技术的发展，计算机仿真已作为一种计算手段被广泛应用于各种工程领域，可为工程设计提供参考与指导。仿真软件可自行编制，但难度较大，本文是利用AVL公司的三维CFD模拟软件FIRE和燃油喷射模拟软件HYDSIM进行建模仿真，就柴油机喷油系统的喷油器喷油嘴孔径和进气气道的进气涡流等参数对柴油机燃烧特性的影响进行了模拟仿真，为柴
油机设计提供了技术支撑。万方数据
1FIRE软件中计算模型的选取 1.1缸内的气流运动模型
柴油机缸内的气流运动模型是是根据基本的守恒定律，即根据质量、组分、动量和动能的守恒定律来求解平均输运方程，本文数值模拟采用了k-8 双方程模型，它通过求解湍流动能及耗散率的微分
输运方程而得出瑞流输运系数。 1.2燃油喷射和雾化模型
喷雾模拟包含两相流现象，需要对气相和液相同时进行守恒方程的求解。在描述喷雾的雾化情况时，采用Wave模型，对液体与气体界面上沿流动方向扰动波的不稳定性进行分析，当不稳定波的振幅大于临界值的时候，液滴即发生分裂。该模型假设喷射的初始波滴与喷嘴出口直径尺寸相同，并且其他分散的小液滴都是由于空气流动促使气液互相作用而形成的。蒸发模型采用Dukowiez模型，它认为传热和传质过程是完全相似的过程，并且假定Lewis 数(热扩散系数与质扩散系数的比值)为1；计算油蒸汽的物性参数（比热，粘性等）所对应的温度采用 1/2法，即是当地流体温度和液滴表面温度和的1/2。该模型是建立在单组分燃油特性基础上，液滴温度