预混湍流燃烧定容弹及其试验系统研究.doc

预混湍流燃烧定容弹及其试验系统研究点燃式发动机工作循环的核心是气缸内湍流燃烧过程,它是影响发动机动力性、经济性和排放性的直接因素。定容燃烧弹主要模拟活塞在上止点附近发动机的燃烧情况,其具有结构简单、易于研究单一参数变化对燃烧过程的影响等优点。目前定容燃烧弹的研究已经逐步由层流燃烧向湍流燃烧方向发展。要进行定容燃烧弹内湍流燃烧实验研究,需要建立湍流燃烧定容燃烧弹系统。基于本文的研究要求,以预混湍流燃烧定容燃烧弹试验平台总体设计为主要内容,依次对试验平台方案、定容燃烧弹、湍流发生装置及试验平台点火控制系统和数据采集系统的设计思路、部件组成及选型、工作原理等方面进行开发和论证。本文设计了完全对称结构的定容燃烧弹,在弹体密封方面,设计了双端盖密封结构及法兰密封结构实现燃烧室的有效密封;对试验平台数据采集系统而言,搭建了燃烧压力及离子电流采集系统,并开发了点火控制系统,实现了点火能量控制及数据采集和点火触发同步。所设计的定容燃烧弹须满足结构强度要求,本文通过有限元方法对定容燃烧弹的结构强度进行计算分析,在有限元软件中建立了简化的定容燃烧弹几何模型,根据定容燃烧弹各部件的特点完成网格划分、各部件间面与面接触关系及边界条件的分析与设定。分析了定容燃烧弹各部件应力最大值及应力分布情况,应用强度理论对各部件的强度进行校核,通过调整部件结构尺寸以保证预混湍流燃烧试验的安全性及可靠性。此外,本文以定容燃烧弹湍流发生装置中的同步带传动机构运行的同步性及平稳性为研究目标,以从动带轮间的角速度差为评价指标,建立同步带三维动力学仿真模型,研究主动带轮转速、张紧轮位置及张紧力对同步带传动机构动态性能影响。定容弹内湍流的流场特征是解释预混湍流燃烧现象、揭示预混湍流燃烧机理的重要基础。本文通过建立定容燃烧弹流场数值模拟模型,对定容弹内的速度矢量分布进行了分析,并计算了不同发动机转速下定容弹内的湍流强度。