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基于STAR-CD的中速柴油机燃烧过程三维数值模拟
| 论文题名： | 基于STAR-CD的中速柴油机燃烧过程三维数值模拟 |
| 关键词： | 船用柴油机;数值模拟;燃烧过程;污染物排放 |
| 摘要： | 本文采用STAR-CD软件，对某型船用中速柴油机在不同的喷雾锥角、不同喷孔直径情况下缸内的燃烧质量和排放物的生成进行数值计算分析，研究不同优化结果对柴油机缸内燃烧和污染物排放的影响，得出以下结论: 1)首先针对某型船用柴油主机，运用通用流体CFD软件STAR-CD建立其燃烧室的三维燃烧计算模型，并通过计算得到了缸内平均压力曲线的模拟结果。最后将模拟结果与台架试验数据进行对比分析，模拟计算值与实测值吻合较好，可以模拟柴油机的实际工作情况，同时也为后续喷油系统数值优化计算提供依据。 2)在额定工况下，运用该计算模型对不同喷雾锥角下柴油机燃烧室内的工作过程进行计算，结果表明: (1)当喷雾锥角为144°时，油束直接喷到活塞顶面，造成燃烧室内产生局部燃油堆积，不能与缸内空气充分混合，致使缸内的平均温度和平均压力下降，缸内产生结碳以及污染物增多。 (2)随着喷雾锥角的增大，当喷雾锥角达到155°时，燃油与空气混合得更加均匀，使得缸内的平均压力和温度升高，最高爆压从喷雾锥角为144°时的13.51MPa上升到155°时的14.54MPa，温度由喷雾锥角为144°时的1385K增加到155°时的1551K，同时缸内的平均压力曲线所围成的面积越大，柴油机的动力性越好，同时NOX的生成量增大，碳烟生成量减小。 (3)综合以上考虑，本文选择喷雾锥角为155°时，基本实现了油束夹角与燃烧室的最佳匹配，此时缸内燃烧比较充分，最高爆发压力增高，使得柴油机动力性升高，同时也提升了柴油机的经济性。 3)在额定工况下，通过该计算模型对不同喷孔方案下柴油机燃烧室内的工作过程进行计算，结果表明: (1)随着喷孔方案的不同，喷孔直径的增大，燃油油束的贯穿距离也同样不断增加。从而使得喷雾雾化后的燃油蒸汽能够与更多的氧气充分混合，缸内开始燃烧的可燃混合气的范围变大，从而使缸内的平均压力和温度均升高。 (2)由方案3所得出的缸内最高平均压力值和缸内的最高平均温度值均要高于其他2个喷孔方案，同时NOX的生成量增多，Soot的生成量下降。 (3)通过综合考虑船用柴油机动力性、经济性和降低排放，故而选择柴油机的喷孔孔数为8、喷孔直径为4.5mm的喷孔方案为最优方案。 |
| 作者： | 李昆鹏 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 陈景锋;王永坚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 集美大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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