对置式自由活塞发动机CFD建模与喷雾锥角研究

发布时间：2025-07-07 06:29

　　 为了进一步提升对置式自由活塞发动机的燃料利用效率与排放性能,采用三维计算流体力学方法对该发动机的喷雾锥角进行了参数化仿真。设计了中央燃烧室结构与喷雾引导式燃烧组织方案。建立了中央燃烧室三维网格模型,根据原型样机设置了计算模型与计算条件。分析了喷雾锥角对缸内燃料分布、燃烧放热率、缸内压力、CO排放量和缸内温度的影响。研究结果表明喷雾锥角为40°左右时,点火时刻缸内燃料分布最为理想,发动机能够获得97.5%的燃烧效率、39.7%指示热效率和低于0.4%的CO排放量。

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【部分图文】：

图1 对置式自由活塞发动机系统结构示意图

对置式自由活塞发动机的原型样机基本机构如图1所示。它由一个中央燃烧室、两个空气弹簧和两个直线电机组成,整体结构对称。自由活塞发动机的两侧活塞直接连接到直线电机的动子上,由于取消了曲轴连杆机构,活塞组件在外止点(Outerdeadcenter,ODC)和内止点(Innerde....

图2 中央燃烧室结构示意图

图2展示了本文对置式自由活塞发动机中央燃烧室的基本结构。活塞顶部形状是影响喷雾和燃烧过程的重要因素之一,它对气缸中气流运动、燃料雾化和火焰传播均有不同程度的影响。基于受力均匀、吸热面积小、结构简单、易于加工等优点,该活塞被设计为平顶活塞。为了获得更高的换气效率,中央燃烧室配备了两....

图3 缸内气流与燃烧组织方案示意图

燃烧组织方案主要分为3大类,分别为空气引导式、壁面引导式和喷雾引导式。空气引导式对缸内气流运动要求较高,配气控制难度较大。壁面引导式易使燃料积聚在活塞上,所以有燃烧效率低和排放不利等缺点[12]。为了避免上述问题,本文中的燃烧组织方案采用的是喷雾引导式。喷雾引导式对喷油器控制技术....

图4 活塞位移曲线

目前,大多数研究人员采用零维或一维模型来模拟自由活塞发动机,但是这些模型削弱了缸内气体流动和燃料雾化,导致计算结果准确度较低。本文建立了一个三维CFD模型来模拟自由活塞发动机的整个工作循环,活塞运动曲线便是计算的基础条件之一。图4显示的活塞运动曲线采用等效曲轴转角(Cranka....

本文编号：4056647