论文总字数：18927字

摘 要

伴随时间向前推进，各种技术也日新月异不停的向前发展。满足当前使用要求并且作为未来发展方向的直喷汽油机(GDI)成为内燃机行业的宠儿，它得到到了大力的支持和发展。科研人员通过模拟研究不断地提高和改善直喷汽油机各个方面的性能。GDI的相关性能与其喷射出油雾的质量有着非常大的关联。因此，对我们来说深入的了解其喷雾特性是十分重要的。为了更好的研究直喷汽油机的喷雾特性，在本课题中使用了大型CFD软件STAR-CD。可以通过这款软件对燃油在缸内喷射的情形进行仿真模拟。对其计算结果进行后处理，这样就可以直观的了解在不同情况下喷雾的浓度场与温度场，也可以分析其贯穿距。通过以上量的分析，我们就可以了解各个影响因素对喷雾特性有怎样的影响，从而达到改变相关因素来改善喷雾特性的目的。

关键词：直喷汽油机 喷雾特性 温度场 浓度场 贯穿距

Numerical simulation of spray characteristics of a gasoline direct injection (GDI) engine

Abstract

With time flying, a variety of technologies are moving forward day after day. To meet the direction of the current use and future development, the gasoline direct injection (GDI) engine becomes the research hotspot of industry, and it gets strong support and development. Simulation research method is used to continuously improve the performance of all aspects of a GDI engine. There are large correlations between the GDI related performance and its jet. Therefore, it is important for us to understand the spray characteristics in depth. In order to better study the spray characteristics of a GDI engine, the large CFD software STAR-CD is used to simulate the fuel injection process in the cylinder in this paper. By post-processing of the calculated results, the spray concentration field and temperature field in different circumstances can be intuitively understood, the penetration distance is also analyzed. Through the above analysis, the impact of various factors on the spray characteristics can be understood, so as to use the relevant factors to improve the spray characteristics.

Key Words: Gasoline direct injection engine; Spray characteristics; Temperature field; Concentration field; Penetration distance

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1直喷汽油机（GDI）喷雾特性研究的意义 1

1.2直喷汽油机相关及其喷雾特性研究进程 1

1.2.1直喷汽油机相关 1

1.2.2喷雾特性研究进程 2

1.3拟研究的内容 3

第二章 软件和模型介绍 5

2.1软件的介绍 5

2.2模型介绍 5

第三章 计算和分析 10

3.1计算说明 10

3.2温度场、浓度场及贯穿距的分析 11

3.2.1温度场、浓度场的分析 11

3.2.2贯穿距的分析 18

第四章 全文总结 24

参考文献 25

致谢 27

第一章 绪论

1.1直喷汽油机（GDI）喷雾特性研究的意义

当今世界污染和能源枯竭问题越来越严重，这些全球性问题的加重使得人们对于环境和能源的使用提出了一系列的要求。GDI这项技术能够提高汽油机的性能，它可以使之充分的利用油料，排出废气中污染物的含量比用其它技术的汽油机含量低^[1]。其它方面相较传统的燃油技术也有着显著地改善和提高，并且它表现出了足够的发展前景，所以，已经成为汽车工业发展的重要方向。和其他传统进气道喷射相比有以下的几点优势^[2,3]：

（1）取消了节气门，减少泵气的损失，发动机的经济性得到改善。

（2）高压缩比时缸内混合气的温度压力升高，改善了点火和燃烧条件，可以降低冷启动时燃烧的碳氢排放。

（3）充气的效率通过进气过程燃油降低所进气体的温度，充气系数可提高2%～3%；

（4）可采用低辛烷值的燃油；

（5）快速的冷启动性能；

（6）可采用较大的EGR率，最大可提高到39%；

采用GDI技术的内燃机喷出油雾的相关指标决定其对油料的使用情况，同样对其尾气中各种污染物的含量也起着决定性的作用^[4]。并且采用GDI技术，可以更准确地控制喷油的量和喷油时间，给调控HCCI燃烧模式的工作区域带来了便利^[5]。因此，GDI的上述特性的研究是十分有用的。要了解GDI的这一特性目前来说已经有许多手段可以使用，比如使用定容测试。它是我们常使用的系统之一^[6]。

1.2直喷汽油机相关及其喷雾特性研究进程

1.2.1直喷汽油机相关

GDI是英文Gasoline Direct Injection的缩写表示汽油缸内直喷，这是一项十分重要的内燃机技术，它在内燃机的发展史上留下了浓重的一笔。这项技术出现于上世纪50年代，其源自奔驰公司。第一款采用缸内直喷技术的车就是奔驰公司产的。当时使用了GDI的发动机比其它一样排量的采用化油器的发动机性能得到了极大的提升。动力方面几乎是后者的一倍，耗油量是之前的90%。50年代以后直到70年代这项技术出现了停滞，因为当时相关技术的不成熟和研发成本高，排放达不到理想情况，所以它的研究被放在了一边。时代在发展，技术在进步，当直喷汽油机技术中的关键一步得已突破时，这项技术也重新回到大众的视野，重新得到了重视与发展。

当前三菱公司对这项技术的研发走在了世界的前列。先后推出了6G74和4G15等产品，这些产品都得到了广泛的好评。该公司的产品不管是燃油的消耗量还是排放污染物的量以及它的输出相较于其它产品都有较大的优势。当然其它的一些汽车制造厂商也有自己的代表性产品，它们相较于其它产品都有着独特的优势。

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