小型航空点燃式重油活塞发动机点火及火焰传播特性的模拟研究

【类型】学位论文

【作者】莫胜钧 

【关键词】 活塞发动机 重油 火花点火 火焰传播 仿真

【摘要】重油在发动机内一般都是压缩着火,由于压燃式发动机需要较高的压缩比,发动机结构复杂,重量大,因此,采用火花点火的方式燃用重油可以在保证发动机动力性的前提下减轻重量。国内对于小型航空重油活塞发动机开发的一个思路是在HS-700二冲程汽油活塞发动机上进行相应的改造,以火花点火的方式引燃重油。但国内对于火花点火重油发动机的研究尚属空白,对于重油点火及火焰传播特性的研究尚属于起步阶段,本论文应用仿真软件FIRE对重油的点火及火焰传播过程进行仿真分析,确定了重油点火及火焰传播过程的影响因素,明确了不同因素对重油点火及火焰传播特性的影响规律。本文建立了定容燃烧弹几何模型和仿真模型,确定了网格尺寸和计算时间步长；利用建立的定容燃烧弹仿真模型,研究分析了初始燃烧条件和点火系统参数对重油混合气层流燃烧特性的影响。研究结果表明,点火能量和火花塞间隙是点火系统参数中影响火核生成的主要因素；通过仿真研究,明确了层流条件下当量比和初始压力对重油混合气点火及火焰传播过程的影响规律,得到了不同点火条件下重油混合气的最小点火能量。根据HS-700发动机结构参数建立了发动机点火及火焰传播仿真计算模型；利用建立的模型,研究了混合气浓度、初始涡流比和湍流强度、初始温度等初始燃烧条件以及点火能量对重油混合气点火特性和火核生长速度的影响。通过仿真研究,给出了初始燃烧条件和点火能量对重油混合气点火延迟角和点火持续期的影响规律,得到了重油混合气不同点火条件下的最小点火能量。利用建立的发动机点火及火焰传播仿真计算模型,对不同当量比、不同初始温度和初始湍流强度下重油混合气和汽油混合气的火花点火及火焰传播特性进行了对比与分析。研究结果表明,重油混合气的最小点火能量大于汽油混合气,重油混合气中的火核生长速度和火焰发展速度小于汽油混合气,发动机燃用重油时的缸内平均压力和瞬时燃烧率与燃用汽油时相比较低。论文的研究成果明确了重油混合气火花点火条件以及点火和火焰传播特性,可以为我国小型航空重油点燃式活塞发动机的研发提供理论支撑与决策依据。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】北京交通大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】宁智

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