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基于非结构网格的缸内两相反应流数值模拟方法研究及软件开发
| 论文题名： | 基于非结构网格的缸内两相反应流数值模拟方法研究及软件开发 |
| 关键词： | 内燃机;非结构网格;缸内两相反应流;数值模拟;软件开发;颗粒追踪 |
| 摘要： | 内燃机作为当今社会能源消耗主体和环境污染来源受到了广大研究者的关注,数值模拟方法开辟了理论直接指导试验和设计的新途径,成为了内燃机燃烧过程和新产品开发的重要工具和有力补充。内燃机工作过程数值模拟的关键技术包括运动网格处理、喷雾模型、燃烧及化学反应机理以及缸内流场数值求解方法等。本文主要研究适用于内燃机缸内过程计算的数值模拟工具,研究动网格算法、燃油喷雾、混合气形成与燃烧的理论和数值方法。 为了缸内工作过程计算效率的提高,编制了用于内燃机缸内过程的运动网格前处理器。实现了弹簧法、动态层法和增减网格算法处理网格运动,并提出了适用于缸内运动过程的合并分裂算法,在气缸内计算域变化过程中,将计算域网格进行多组同时合并或分裂。 针对燃油喷雾过程关键的颗粒定位问题,提出了用于燃油喷雾的快速颗粒追踪算法。通过对单元面循环,判断两个时刻颗粒位置与单元面的关系来追踪颗粒所在单元。针对由于计算机误差造成的非平面问题,提出了虚拟三角化方法。对非结构多边形网格中单元面中不共面的网格面问题,人为地将多边形面划分为几个三角形,解决了非平面网格中颗粒穿出计算域的问题。 编制了基于非结构网格有限体积法的两相反应流多维数值模拟软件。对气相采用Euler方法求解,采用有限体积法离散控制方程组,由SIMPLE算法求解压力速度耦合,而对液相采用离散液滴模型,通过Lagrange方法求解,考虑液相与气相之间的完全双向相互耦合。 采用多维数值模拟软件单独研究了喷雾贯穿、单液滴蒸发、混合气形成、碰壁、燃烧过程,同时应用于缸内纯压缩和喷雾燃烧过程,通过与实验及商业软件对比验证了软件的可行性,表明所开发软件可用于内燃机缸内流动、喷雾和燃烧过程仿真和性能分析。 |
| 作者： | 刘永丰 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 王德明 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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