可变滚流直喷汽油机缸内气流运动及其循环变动的研究
循环变动是限制汽油机小型强化的主要因素之一,而缸内气体流动的循环变动对汽油机性能的循环变动起着至关重要的作用。研究汽油机缸内滚流的稳态及瞬态特性及不同进气策略对滚流流场的影响,对深入理解汽油机循环变动规律具有重要理论意义和较高实用价值。 本文首先通过稳流实验和模拟分析了汽油机滚流的稳态流动特性以及测量方式对滚流评价结果的影响;然后采用大涡模拟方法研究了可变滚流比对直喷汽油机缸内气流瞬态运动特性及其循环变动的影响规律,并与PIV激光诊断结果相印证。采用本征正交分解(POD)方法分析了瞬态流场不同尺度涡团结构,及其对循环变动的贡献程度。 研究结果显示,汽油机滚流的稳态流动特性直接受测量方式的影响。直接测量方式下缸内流场结构在中等气门升程时发生改变导致缸内滚流比大幅跃升,且较小的模拟缸套出口直径导致滚流流场被加速而产生畸变。间接测量方式下由于加长导管的作用滚流比变化趋于平缓,未出现突然跃升。 滚流瞬态特性研究表明,滚流比对缸内流场具有显著影响,高滚流比工况(即翻板打开时),气流仅从靠近排气门侧进入缸内,在进气初期即形成大尺度滚流,滚流强度大幅提升。高滚流比工况下滚流比循环变动明显减弱。 采用本征正交分解将缸内流场分解为平均流场、拟序流场、过渡流场及湍流流场,可详细反映不同尺度流场的流动的特性。平均流场占到流场总能量的70％以上;拟序流场反映出缸内流动的大尺度随机涡团,是缸内流场循环变动的主要来源。 从时间历程看,早期高循环变动是由于强进气射流引发,随着射流的减弱,循环变动随之减弱;压缩阶段,低滚流比工况下平均流场迅速破碎成拟序流场循环变动增大;而高滚流比工况下,相对规则的平均流场保持了较多的流场能量,直到压缩后期才破碎成拟序结构,抑制了循环变动的增大。而循环变动随发动机转速提升略有降低,但影响程度不如滚流比提升。
直喷汽油机;可变滚流比;循环变动;本征正交分解法
天津大学
硕士
动力机械及工程
王天友
2013
中文
TK411.3
74
2014-07-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）