空气动力学论文.doc

内燃机缸内气流运动 汽车工程学院崔舜 摘要：由于各种类型的内燃机,都是利用燃料与空气的混合物燃烧时发出的热能转变为功的原理工作的，所以燃烧过程的组织对于内燃机具有重要意义。缸内气体流动的良好组织可以很大程度上改善燃烧过程，从而提高内燃机的动力性、经济性，降低排放和噪声。本文结合汽柴油机的缸内混合气气流的组织及新型燃烧方式介绍内燃机缸内气流运动的组织。 关键词：内燃机 缸内气流运动 燃烧方式 湍流 内燃机是迄今为止热效率最高的热机之一，它广泛应用于国民经济的各个领域，尤其在水陆交通运输和农用动力中占有压倒的优势。它曾为并且正在继续为人类的生产、生活活动作出贡献。但是，与此同时，内燃机消耗大量宝贵的石油资源，向大气中排出废气，造成严重环境污染。据统计，内燃机消耗了我国石油资源的45%，柴油的75% ，汽油的60%以上 ，其有害排放物和噪声是我国城市环境的主要污染源。在石油资源逐渐枯竭，环保意识日益增强的情况下，人们迫切要求提高内燃机动力性、经济性和排放性能，所以，内燃机燃烧过程的改善对于国民经济的发展和环境保护具有重要意义。 内燃机的热工转换过程主要包括三个环节。第一个环节是混合气形成并导入气缸的过程，第二个环节是燃料燃烧放热的过程，第三个环节是能量传递过程。其中，前两个环节，混合气的形成及燃烧过程都可以通过缸内气流的良好组织在很大程度上得到改善。对于汽油机，良好的缸内气流运动对提高汽油机的火焰传播速率、降低燃烧循环变动有重要作用。对柴油机而言，它可以促进燃烧过程中空气与未燃燃料的混合，提高燃烧速率。因此，深入了解缸内空气运动，对于组织良好燃烧过程很有必要。 一、缸内气流运动形式 汽、柴油的性质决定了汽柴油机混合气形成方式及燃烧方式不同，故应结合各自特点组织气流运动。但是，内燃机缸内气流流动形式总体上大致可分为以下几类。 （一）涡流 1、在进气过程中形成的绕气缸轴线有组织的气流运动，称为进气涡流。 由于存在气流间的内摩擦和气流与缸壁之间的摩擦损耗，进气涡流在压缩过程逐渐衰减，一般情况下在压缩终了时初始动量矩损失约有1/4~1/3。当活塞接近上止点，大量空气被迫进入位于燃烧室内，使凹坑内切线速度有所增加。进气结束时，气缸内旋流速度的分布表明，小于某一半径，切线速度随半径的增大而增大，速度分布呈刚体流分布；超过这一半径，切线速度随半径的增加而减小，速度分布呈势流分布。活塞接近上止点时，刚体流动明显增强，势流运动明显减弱。研究表明，进气过程产生的旋流可以持续到燃烧膨胀行程。进气涡流的大小主要由进气道形状和发动机转速决定。 进气涡流的产生方法 1）采用带导气屏的进气门 这种方法强制空气从导气屏的前面流出，依靠气缸壁面的约束，产生旋转气流。导气屏占据的气门周长范围内气流不得进入气缸，增大了导气屏对面的气流速度，从而形成对气缸中心的动量矩。改变导气屏包角大小和导气屏安装角大小均可改变涡流强度。 导气屏的缺点是：①由于导气屏减小气流流通截面，使流通阻力增加，充量系数降低。②气门上有导气屏，为保证工作时气流的旋转方向和强度，进气门必须有导向装置以防工作时转动，使结构复杂，制造成本增加。③气门盘刚度不均匀，变形大，气门在工作时又不能转动，使气门容易偏磨，对密封不利。 2）切向气道 切向气道形状比较平直，在气门座前强烈收缩，引导气流以切线方向进入气缸，从而造成气门口速度分布的不均匀，它相当于在均匀速度分布的基础上，增加一个沿切向气道方向的速度。切向气道结构简单，在进气涡流要求低时，流动阻力不大，但当进气涡流要求高时，由于气门口速度分布过于不均匀，气门流通面积得不到充分利用，气道阻力将很快增加，因此切向气道仅适用于要求进气涡流强度不高的发动机上。切向气道对气口的位置较敏感，泥芯误差对气道质量影响较大。 3）螺旋气道 在气门座上方的气门腔内做成螺旋形，使气流在螺旋气道内就形成一定强度的旋转，其气门口处气流的情况相当于在均匀速度分布的基础上，增加一个切向速度，合成后速度是一个中心对称图形。因此，除了螺旋气道本身形成的动量矩外，速度分布对气缸中心线不再形成动量矩，这种气道成为纯螺旋气道。由于在气缸盖上布置气道时，螺旋室高度值不能很大，气流流入气缸时必然会含有一部分切向气流的成分，因此实际实际使用的螺旋气道中的气流旋转运动均由两部分组成。 采用强涡流螺