柴油机缸内辐射换热的数值模拟(论文)

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柴油机缸内辐射换热的数值模拟(论文)

摘 要
柴油机缸内的燃烧及热辐射问题是内燃机传热研究的-个分支，随着测试技
术和计算机技术的发展，使得深入研究内燃机缸内的传热问题成为可能。通过对传热问题的研究，可以预测内燃机部件在高温作用下产生热疲劳、热变形以及燃烧释放的热量转化为机械功的效率，同时对于日益严重的内燃机排放问题的研究产生积极的影响。柴油机缸内的传热以对流和辐射为主，已有的文献对缸内对流换热的研究较为深入，而缸内热辐射问题由于其复杂性，研究还有待于深入进行。
为此本文较为系统地从理论计算上对柴油机缸内的燃烧及热辐射进行了较为深入地研究。
本文以单缸135 直喷式柴油机为研究对象，首先采用GAMBIT软件建立燃烧
室模型，划分网格后导入 FLUENT软件进行缸内辐射换热数值模拟。FLUENT软件所提供的图形、曲线以及视频文件等功能，可以直观地表示缸内燃烧过程的碳烟浓度、温度以及辐射传热量的分布，为形象地揭示缸内碳烟浓度、温度以及辐射传热量的分布规律提供方便。
随后对单缸135 直喷式柴油机缸内的辐射传热和燃烧过程进行了三维数值
模拟计算，燃烧室的网格采用分块网络划分法。用单步碳烟模型和P-1 近似模型分别对缸内的燃烧和辐射传热进行计算，并分析了燃烧室温度、碳粒浓度、壁面的辐射热流量随曲轴转角的变化关系，以及转速、载荷和喷油提前角对于碳粒浓度和辐射传热量的影响。
数值模拟的结果表明：随着柴油机负荷的增加，碳粒浓度变浓；而随着柴油
机的转速上升，碳烟浓度减少；喷提前角过大时，碳烟浓度随着喷油提前角的增加而变浓。柴油机的负荷和转速对气缸内辐射传热有较大的影响，辐射传热量随负荷的增加而上升，随转速的上升而降低。而喷油提前角对缸内辐射换热量的影响很校
研究表明本课题所采用的方法可以作为预测同类型柴油机缸内热辐射研究
的-种有效手段，并为进-步研究内燃机缸内传热问题打下了-定的基矗

关键词：辐射传热，柴油机，碳烟浓度，数值模拟