随着石油资源趋于匮乏和环境污染的日益加重，汽车代用燃料的研究也越来越受到重视。相对于汽油^[1]，乙醇可与汽油以任意比例混合，在汽油中加入乙醇配制成乙醇汽油可以提高发动机的压缩比，而且乙醇具有辛烷值高、燃烧速度快、抗爆性好及在生产和使用中对环境无污染等优势。由于乙醇本身也含氧，可以改善发动机的燃烧，减少发动机尾气排放。为此，可在汽油中添加乙醇，以有效减少我国对进口石油的依赖。目前我国使用的乙醇汽油均为无水乙醇汽油。无水乙醇制备工艺复杂，成本较高。若在乙醇制备过程中省去最后的精制工艺（即脱水），只得到纯度为的含水乙醇，则可大大降低生产的能耗和成本。因此，目前汽车行业在大力推广使用含水乙醇汽油。

目前，在中国国内，汽油机占了车用动力市场的大部分份额。因此研究含水乙醇汽油气道喷射汽油机燃烧系统设计对于减少汽油机排放、提高汽油机热效率、优化汽油机工作过程以及开发新型燃烧方式汽油机，在基础理论上具有重要意义。研究含水乙醇汽油气道喷射汽油机燃烧系统设计建立在对含水乙醇汽油的喷射的研究和汽油物性参数的分析计算以及进气道的设计之上。针对含水乙醇汽油气道喷射汽油机燃烧系统设计的研究，国内外学者做了大量工作。目前国内和国外学者普遍使用的方法，主要是研究含水乙醇汽油对进气道喷射汽油机燃烧和排放特性的影响。在含水乙醇汽油的性能及对汽油机的排放影响方面，国外El-Faroug M等人^[2]研究含水乙醇作为一种清洁、廉价、绿色的可再生燃料作为火花点火发动机的替代燃料的使用性能，并对水乙醇和汽油燃料的理化性能进行了比较，Rodrigo C等人^[3]则研究了含水乙醇与汽油乙醇混合对发动机性能和排放的影响，比较其排放物生成量的影响，Tadeu C.等人^[4]含水乙醇汽油混合物在燃料发动机上的燃烧和排放研究；国内方面，刘赛武等人^[5]基于中心组合设计法设计试验含水乙醇汽油稳定性优化及在GDI发动机的试验，并对比分析其有害物排放量与E10及汽油的差异，刘少华等人^[6]也同样进行了E10含水乙醇汽油的稳定性研究。汽油机燃烧系统开发包括进排气道及缸盖燃烧室优化设计、活塞冠面设计、喷雾油束布置优化或选型 ，这些工作一般依靠气道稳流试验、CFD模拟以及光学发动机试验来进行。在汽油机进气道的设计方面，含水乙醇汽油对汽油机进气道的影响主要在E10W的使用增加了大负荷范围内的NOX排放。然而，在低负荷条件下，使用含水乙醇汽油更有效地降低HC、CO和CO2排放量，也产生略少的HC和CO排放，而二氧化碳的排放量并没有显着的影响^[7]。叶伊苏等人^[8]对一款1.0L 三缸增压直喷汽油机，建立了燃烧系统CFD 仿真模型，并详细描述换气、喷油器喷雾特性等边界条件的设置。还有通过三维模型改变进气道进口面面积和进气道喉口面面积设计了不同结构的进气道并进行了进气道稳态试验的三维 CFD 数值模拟^[9]在更加精细化的实验条件下，可以得到更加可信的数据，以此作为理论模型的参照可以得到更多关于模型改进方面的信息。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究（设计）的基本内容

此次研究含水乙醇汽油喷射汽油机燃烧系统设计，依据对比实验对含水乙醇汽油进气道喷射汽油机进行含水乙醇汽油（E10w、E20w、E30w）、乙醇汽油（E10）和纯汽油（E0）的对比试验等结论 ^[10][11]通常在开发初期通过气道稳流试验和CFD分析初选进排气道（会有2~3种方案），然后进行缸内流动、喷雾及燃烧CFD分析，评估缸内滚流运动、湍动能分布、燃油湿壁以及火焰传播对称性情况，选出较优的气道、活塞方案，并利用CONVERGE软件，形成可求解的数值模型，进一步了解各方案缸内气流运动及燃烧情况，从示功图、气体总质量、缸内温度、气道喉口处流速、缸内湍动能、缸内流场及燃烧等角度对各种方案进行了详细的对比分析，判断其是否是均值混合气、是否耦合，并将得到的结果和现有实验效果相比较，以此来验证模型的可靠性^[12]。本研究以含水乙醇汽油喷射的气流运动模型为基础，在充分假设的基础上对现有复杂现象进行简化，建立描述汽油喷射进入进气道后运动三维瞬态模型，通过对喷雾模式^[13]和缸内压力的数值和实验结果的比较，验证了模型的正确性。

主要有以下几个方面内容：

（1）查阅汽油机燃烧系统设计及其缸内三维流动模拟方面的文献资料，了解国内外研究现状；

（2）学习发动机燃烧三维模拟软件CONVERGE和三维造型软件；

（3）学习利用CONVERGE软件建立模拟计算模型，通过计算分析原汽油机燃用乙醇汽油时对油气混合和燃烧的影响；

（4）针对负面影响，对燃烧系统进行改进设计，并计算分析燃烧系统设计对油气混合和燃烧的影响。