学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

StarRotor柴油机燃烧室设计与燃烧过程仿真研究

作　者: 刘君
导　师: 苏铁熊；王强；刘毅
学　校: 中北大学
专　业: 动力工程
关键词: StarRotor柴油机计算流体动力学燃烧室结构设计数值仿真
分类号: TK422
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 3次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

动力机械广泛应用于航空、船舶、化工、电站、汽车、石油和天然气输送等诸多工业领域。发动机是此领域内公认的最难制造的机械装备，是典型的高新技术密集型产品。随着发动机技术取得的长足发展，国家有关部门通过技术论证，讨论将我国的小型多用途动力装置科研项目列入国家重点发展计划。作为高科技的载体，发动机是集新技术、新材料、新工艺于一身的核心竞争产业，是国家高技术水平和科技实力的重要标志之一，具有十分突出的战略地位。根据课题来源，此预研项目StarRotor柴油机主要应用于坦克装甲车辆的辅助动力输出。设计主要目标是：结合课题实际，在分析目前燃烧室技术发展趋势的基础上，首先对此StarRotor柴油机进行燃烧室的设计研究，由于是进行试验性样机设计，初步实现StarRotor柴油机额定功率为100KW，燃烧效率效率不低于98%。力求达到使机体体积小、重量轻、自动化程度高、操作简单、产品具有较低的制造成本和运行成本，并充分考虑产品的多用途性。其次，对StarRotor柴油机的燃烧室设计结构进行简化建模并对燃烧室内部的燃烧过程进行仿真。本文遵循的基本原则是：充分借鉴和吸收航空燃气轮机设计和仿真的成熟经验，以及国外星型转子发动机的设计理念，立足国内现有先进技术，设计出一种本国新型动力机械，通过燃烧室的内部燃烧过程仿真，对燃烧室结构设计进行反馈，力求达到上述设计目标的各种要求。针对上述目标及各项原则，StarRotor柴油机燃烧室总体方案设计包括性能参数设计方案的选择和总体结构方案具体设计过程：在总体性能参数设计方案中，详细介绍了StarRotor柴油机燃烧室设计计算的主要依据、热力循环、燃烧室结构参数、设计工况与结果分析等。在总体结构方案设计中，主要包括对燃烧室内旋流器、扩压器、火焰筒及外壁、联焰管等结构的设计。同时利用传热学相关知识对火焰筒的壁温进行校核，以此来确定火焰筒的筒壁材料的合理选择。在确定StarRotor柴油机燃烧室总体方案设计后，本文在第五章利用Pro/E建立的燃烧室三维模型对其内部流动和燃烧过程进行较为深入的研究，针对流动中存在的问题，提出一些可以有效改善燃烧室内部燃烧情况的措施，如在划分计算网格时对细小的结构进行了网格的局部细化，这些措施可以保证计算结果能够更加真实的描述燃烧室流场中的各种流动特征及燃烧效果，为最终实现StarRotor柴油机的设计提供支撑。研究结果表明，利用所建立的燃烧室三维模型对其内部流动及燃烧情况进行的深入研究，得到了不同条件如油气比、燃料与空气速度、温度、初始压强以及燃烧室结构等对燃烧室内气体流动和燃烧过程的影响，以及选用不同湍流模型及燃烧化学反应模型等边界条件下对其流通性能和燃烧过程的影响规律，表明燃烧室设计结构及各参数分布情况比较合理，本文可为进一步对StarRotor柴油机燃烧室结构进行优化设计以及燃烧室燃烧过程仿真奠定基础。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-13
1 绪论  13-24
  1.1 选题背景及意义  13-15
  1.2 国内外研究现状  15-21
    1.2.1 国外方面  15-19
    1.2.2 国内方面  19-21
  1.3 本课题要研究的内容及拟采用的研究手段  21-24
    1.3.1 本课题要研究的内容  21-22
    1.3.2 拟采用的研究途径  22-24
2 数学物理模型与数值计算方法  24-34
  2.1 基本控制方程  24-26
    2.1.1 质量守恒方程  24-25
    2.1.2 动量守恒方程  25
    2.1.3 能量方程  25-26
  2.2 湍流模型  26-29
  2.3 燃烧化学反应模型  29-31
  2.4 数值求解计算方法  31-32
  2.5 两相耦合计算  32-33
  2.6 本章小结  33-34
3 燃烧室热力计算、气动计算及基本尺寸的确定  34-45
  3.1 燃烧室类型的选择  34
  3.2 热力计算的目的与方案设计  34-35
  3.3 热力计算相关参数的确定  35-37
    3.3.1 旋转容积式压气机相关参数确定  35-36
    3.3.2 燃烧室已知相关参数  36
    3.3.3 容积式膨胀机相关参数确定  36-37
    3.3.4 有效效率  37
  3.4 热力计算过程及其结果  37-39
    3.4.1 燃烧室热力计算的已知条件  37-38
    3.4.2 理论空气量 L0  38
    3.4.3 余气系数α和油气比 fa  38-39
  3.5 燃烧室的气动计算及相关尺寸的确定  39-42
    3.5.1 气动计算的目的  39
    3.5.2 燃烧室最大横截面积 Aref的确定  39
    3.5.3 按总压恢复系数要求  39-40
    3.5.4 隔热罩直径的确定  40
    3.5.5 火焰筒横截面积 Af的确定  40
    3.5.6 按燃烧完成度要求确定参考面尺寸  40-41
    3.5.7 燃烧室的基本几何尺寸  41-42
  3.6 壁温校核  42-44
    3.6.1 传热相关理论  42-43
    3.6.2 最大壁温的计算校核  43-44
  3.7 本章小结  44-45
4 燃烧室主要零部件的设计和选择  45-64
  4.1 扩压器的设计  45-50
    4.1.1 扩压器设计的目的  45-48
    4.1.2 对扩压器的要求  48-49
    4.1.3 扩压器的尺寸计算  49-50
  4.2 火焰筒设计  50-55
    4.2.1 火焰筒的作用  50-51
    4.2.2 火焰筒分区  51-52
    4.2.3 火焰筒冷却形式  52-54
    4.2.4 火焰筒各型孔的结构和安排  54-55
  4.3 旋流器的设计  55-56
    4.3.1 旋流器的作用  55
    4.3.2 旋流器的选择  55-56
    4.3.3 旋流器各参数的计算  56
  4.4 点火系统  56-57
    4.4.1 点火系统的类型和点火方式  57
    4.4.2 电嘴类型和用途  57
  4.5 喷油嘴的选择  57-62
    4.5.1 喷嘴的作用和分类  57-58
    4.5.2 燃烧室对喷嘴设计要求  58-62
  4.6 火焰筒材料的选择  62-63
  4.7 本章小结  63-64
5 燃烧室性能数值模拟  64-83
  5.1 燃烧室模型简化原则  64
  5.2 网格划分  64-66
  5.3 求解过程的设置  66-67
  5.4 气流流动的计算结果与分析  67-70
    5.4.1 燃烧室θ1、θ2 截面上的速度分布  67-69
    5.4.2 燃烧室θ1、θ2 截面上的压强分布  69-70
    5.4.3 燃烧室θ1、θ2 截面上的涡流粘度分布  70
  5.5 燃烧模拟结果与分析  70-79
    5.5.1 燃烧室θ1、θ2 截面上的温度分布  70-72
    5.5.2 燃烧室不同燃烧模型温度对比分析  72-74
    5.5.3 燃烧室内各组分质量分数分布  74-78
    5.5.4 燃烧室θ1、θ2 截面上辐射强度分布  78-79
  5.6 数值模拟性能分析与总结  79-82
  5.7 本章小结  82-83
6 结论与展望  83-85
  6.1 结论  83-84
  6.2 未来工作的展望  84-85
参考文献  85-89
作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录：  89-90
致谢  90-91

StarRotor柴油机燃烧室设计与燃烧过程仿真研究

内容摘要

全文目录

相似论文