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基于AVL FIRE的发动机扫气过程仿真研究 毕 业 设 计 开 题 报 告 1．选题依据： 1.1课题研究背景及意义 内燃机已经成为当今社会上最为常用的动力装置之一，而内燃机所依赖的石油能源 非常有限，内燃机对环境所造成的空气污染也已经成为重要的社会问题，因此对于内燃机的燃油经济性和排放性能越来越收到重视。随着社会、经济、环境的变化，人们对内燃机技术也提出了新的要求，而面对这种日益增长的社会环境需求，内燃机技术更加快速的发展具有重要意义。 近年来，多家技术公司和研究机构研发出对置气缸对置活塞（OPOC）发动机。EcoMotors 公司是最早研发该发动机的公司之一。2010年 3 月，EcoMotors 展示了其开发的 EM100 对置活塞对置汽缸发动机样机，EcoMotors与 Navistar、中鼎等多家公司合作在准备在 2014 年实现量产。TARDEC 也在底特律“2008美国汽车工程学会年会暨展览会”上展示了其研发的对置活塞对置气缸(OPOC)发动机，阿凯提斯动力公司是另外一家美国致力于研发 OPOC 发动机的公司，2004 年开始就已经进行了相关商业实验，至 2011 年运行了 2000 多个小时，该公司称实验结果证明：它可以满足目前最严格的欧 6 和 EPA10 的排放标准，且该发动机的燃油经济性比传统柴油机高出 15%，而其零部件减少 40%，在包括功率密度、制造成本等其它方面同样具有优势，尽管该发动机的研究已经进行的非常迅速，但是在于传统发动机接近百年的发展历史，OPOC 发动机的研究才刚刚起步，其结构的设计仍有很大的改造空间、其性能也有很大的提升空间，而它同样将面临的很多的技术难题。 我们知道，扫气过程的优劣直接影响到发动机的动力性、经济性以及排放性能。与四冲程发动机相比,传统高速二冲程发动机由于扫气时间短、进排气过程同时进行,存在新鲜气体与废气掺混严重,缸内残余废气系数大,扫气质量差等问题。因此,针对传统高速二冲程发动机的扫气缺陷,双对置二冲程柴油机采用可控直流扫气的换气方式,其进、排气口分布在气缸两端,气口的开闭由对置的活塞控制,从而实现沿气缸轴线的直流扫气过程。双对置二冲程柴油机具有结构简单、功率密度高等特点.其独特的直流扫气结构能有效提高高速二冲程柴油机的扫气效率,从而提高发动机性能。 二冲程对置活塞对置气缸（OPOC）柴油机，很好的结合了对置活塞概念和对置气缸概念。这两种概念都具有紧凑和水平的特性。与对置活塞发动机相比，OPOC柴油机只有一个曲轴，而不是两个。所有力都传递到曲轴上，没有传递给主轴承和曲柄箱。与对置气缸式发动机相比，OPOC柴油机没有气缸盖，而对置气缸式发动机有两个缸盖。这种巧妙的结构使发动机简单，轻量化，紧凑，高效[1,2]。同普通内燃发动机相比，对置活塞式二冲程柴油机的零部件约少50%，重量和体积约低50%，其热效率高达41%，升功率可达到88 kW /L，功率密度可达到2 kW/kg，同时能够实现动力单元模块化组合。因此，将其应用在小型飞机上，有着成本低，续航能力强等优点，无人机作为在未来发展中不可或缺的航空器,对发动机提出了大功率、轻质量、小体积的要求，而活塞式内燃机作为无人机动力具有良好的发展前景。 换气过程是工作过程中最为重要的环节，它的好坏直接影响发动机的性能，这是由于进入并存留于气缸内的新鲜充量越多，燃烧放热量就越多，将热能转化成的有用功也就越多，发动机的功率和转矩也随之升高 [3]。与四冲程内燃机不同，由于二冲程内燃机的换气时间短、进排气过程同时进行，会产生新鲜充量与废气掺混，缸内残余废气系数大，扫气质量差等问题[4]。与传统的二冲程发动机一样，OPOC柴油机也没用独立的进气冲程和排气冲程，其换气方式采用直流扫气，进、排气口环形布置在气缸两端，由内、外活塞运动控制进、排气口的开闭。一个成功的二冲程发动机扫气过程，应当尽可能地减少与新鲜充量混合，并使他扫气未到之处所留下的燃烧产物达到最低限度[5.6]。为了达到这一目标，必须优化OPOC柴油机的扫气过程，尽可能避免新鲜充量与废气相互掺混，提高扫气效率，进而提高发动机的性能、燃油经济性和排放[7]。 1.2国内外研究现状及发展趋势 1.2.1二冲程柴油机换气过程数值模拟的现状 发动机的换气过程是一个复杂的非稳态的流体动态过程，流体流动参数和热力学参 数既是位移的函数又是时间的函数，而且涵盖了流体力学、空气动力学及热力学等方面 的知识，计算十分困难[8]。随着科技的进步和计算机软、硬件的发展，计算机模拟仿真 技术越来越多的应用于工程实践中，对于由换气系统、增压系统、燃料供给系统、冷却 系统和气缸组成的整个发动机工作系统，可建立一维仿真模型。利用所建立的一维仿真 模型来研究换