摘 要

随着交通运输的发展和经济全球化不可阻挡的进程，作为主要的运输工具，船舶柴油机自诞生以来一直不断地发展与进步，提高柴油机工作性能一直是研究的重要方向，而其工作性能受多方面因素的影响，喷油器参数是其中重要的方面。

本文通过AVL FIRE软件进行仿真分析，建立燃烧室三维模型，进行动网格划分，选取合适的数学模型及初始条件，最后通过求解器进行数值计算，模拟柴油机气缸内的气体流动、喷雾、燃烧等一系列过程，调节喷油器参数中喷孔数量、喷雾锥角以及喷油提前角等研究对燃烧室内混合气的的形成以及燃油的雾化特性的影响。

研究结论如下：增大喷雾锥角可以促进燃油与空气混合效果，有利于完全燃烧的进行；喷孔数量越多缸内燃油雾化质量越好，燃烧过程温度分布更加均匀；适量的增加喷油提前角有利于燃油与空气的混合，提高燃烧质量，但不宜过早喷入燃油。以上研究结论可以为后续的实验研究提供相应的理论指导和优化方案，也能够减少研发过程中不必要的开支，提高工作性能的目的。

关键词：FIRE 柴油机 仿真分析 喷油参数

Abstract

With the development of transportation and the unstoppable process of economic globalization, as the main means of transportation, marine diesel engine has been developing and improving since its birth. Improving the working performance of diesel engine always was an important research direction, and its working performance is affected by many factors, among which injector parameters are important.

Through AVL FIRE software is used for simulation analysis, and the three-dimensional model of the combustion chamber is established. The meshes are divided into actions, and the appropriate mathematical models and initial conditions are selected. Finally, a series of processes such as flow, spray and combustion are simulated by solver, and the number of nozzle holes, spray cone angle and fuel injection advance angle in the injector parameters are adjusted to study the mixture in the combustion chamber, formation and the effect of fuel atomization characteristics.

The research conclusions are as follows: increasing the spray cone angle can promote the mixing effect of fuel and air, which is beneficial to complete combustion; the more the number of nozzle holes, the better the quality of internal fuel atomization，the more uniform the temperature distribution of combustion process; the appropriate increase of injection advance angle is conducive to the mixing of fuel and air, improving the quality of combustion, but it is not appropriate to spray fuel into the fuel too early. The above conclusions can provide the corresponding theoretical guidance and optimization scheme for the follow-up experimental researchand ，also can reduce the unnecessary expenditure in the research and development process，improving the purpose of working performance.

Keywords: FIRE Diesel engine Simulation analysis Fuel injection parameters

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1选题目的及意义 1

1.2国内外的研究现状分析 1

1.3研究的基本内容 2

第2章 柴油机燃烧模型的建立 3

2.1柴油机燃烧模型概述 3

2.2实验样机的基础参数 3

2.3几何模型的建立 4

2.4网格的划分和动网格的生成 5

2.5本章小结 6

第3章 柴油机燃烧过程仿真模型的研究 7

3.1柴油机燃烧过程仿真模型概述 7

3.2仿真模型的选择 7

3.2.1基本控制方程和状态方程 7

3.2.2湍流模型 7

3.2.3燃油喷雾模型 8

3.2.4燃烧模型 11

3.3初始条件和边界条件的确定 12

3.3.1初始条件的设置 12

3.3.2边界条件设置： 12

3.4 本章小结 13

第4章 喷油参数对缸内燃烧过程的研究 14

4.1喷油器参数对缸内燃烧过程影响概述 14

4.2喷雾锥角对柴油机缸内燃烧过程的影响 14

4.2.1喷雾锥角对燃油雾化的影响 14

4.2.2喷雾锥角对缸内燃烧的影响 15

4.2.3喷雾锥角对缸盖和活塞顶部温度的影响 16

4.3喷孔数量对柴油机缸内燃烧过程的影响 18

4.3.1喷孔数量对燃油雾化的影响 18

4.3.2喷孔数量对缸内燃烧的影响 19

4.3.3喷孔数量对缸盖和活塞顶部温度的影响 20

4.4喷油提前角对柴油机缸内燃烧过程的影响 22

4.4.1喷油提前角对燃油雾化的影响 22

4.4.2喷油提前角对缸内燃烧的影响 23

4.4.3喷油提前角对缸盖和活塞顶部温度的影响 24

4.5 本章小结 26

第5章 全文总结与工作展望 27

5.1全文总结 27

5.2工作展望 27

参考文献 28

致谢 30

第1章 绪论

1.1选题目的及意义

柴油机作为一种内燃机，其主要工作特点是利用柴油在气缸内燃烧产生高温高压的气体膨胀做功推动活塞运动，并通过连杆—曲柄机构将往复运动转换为曲柄回转运动，从而将燃烧产生的热能转化为机械能。柴油机的燃烧质量直接影响多方面的性能，影响柴油机燃烧过程的主要因素有燃油质量、缸内工作环境、喷油系统参数、燃油与空气混合质量、换气质量以及柴油机运转工况等。为了保证柴油机稳定运行并且最大程度提高其经济性，改善燃烧过程、提高燃烧质量、促进完全燃烧变得尤为重要：在设计方面，应考虑燃烧室几何形状、喷油器参数、燃油凸轮形状等；在管理方面，应保证良好的换气质量、燃油品质、供油单元以及日常维护等。

柴油机燃烧系统的关键部分是缸内燃烧和供油系统，在柴油机中，喷油器参数的合理设定对柴油机性能提升非常有必要。其主要参数有喷雾锥角、喷孔数量和喷油提前角等，对气缸内混合气体的形成、燃烧过程和工作有着至关重要的影响。长期以来，人们认识喷油参数对柴油机燃烧性能影响主要通过试验研究，但实际柴油机的缸内燃烧过程极其复杂多变，而且实验研究开展复杂。近年来，随着科学技术的发展以及基础理论学科的完善，计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)软件逐渐广泛应用于柴油机工作过程仿真分析领域。通过大量的经验积累以及选择合理的数学模型，很多的仿真模拟结果可以对实验结果起到一定的指导作用，反过来实验结果也进一步验证了仿真结果的准确性。因此，通过CFD软件建立燃烧模型，研究喷油器参数对柴油机燃烧过程影响规律，分析缸内燃烧的工作过程变化，具有积极的研究意义。

1.2国内外的研究现状分析

作为一个复杂的燃烧过程，柴油机燃烧系统的优化是近年来柴油机优化的重点也是难点之一，在柴油机研发和生产过程中，不可能对诸多变量进行逐一试验研究，所以通过仿真分析依次进行单一变量模拟对比研究，采用优化参数合理，合理的设计优化方法得到的结果更好地结合，最终实现优化柴油机工作性能的目标。