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基于燃烧过程的柴油机振动噪声预测与燃烧室结构优化研究
摘要
柴油机工作时的振动噪声问题为其可靠性和安全性带来了隐患,柴油机的振动噪声
因此成为研究者们的重点关注问题。燃烧过程中产生的振动噪声在柴油机整机振动噪声
中占比较高,同时关于燃烧室形状的研究则主要集中于排放性能优化和放热规律的控制。
基于以上原因,本文将考虑燃烧过程对柴油机振动噪声的影响,对柴油机整机振动噪声
特性进行计算并对柴油机燃烧室结构进行优化。本文的研究主要分为以下三个部分:
(1)归纳总结了燃烧过程中对燃烧噪声产生影响且可用于评估燃烧噪声的缸内均
量,提炼出了缸压、压力升高率、压力升高率导数和放热率等四个燃烧噪声量化评价参
数。利用GTPower建立整机零维燃烧仿真模型并通过缸压和整机性能进行校验,进而
获取整机运行性参数以作为三维燃烧仿真模型的初始和边界条件;建立并校验了三维燃
烧仿真模型,并通过仿真模型计算得到了缸压等燃烧噪声量化评价参数和缸内温度场、
当量比浓度场分布;
(2)使用等效节点载荷法,以缸压计算结果为基础计算了缸盖和缸套受力,使用内
燃机动力学原理计算了主轴承力,以此作为瞬态动力学响应计算的激励。建立柴油机整
机振动噪声计算有限元和边界元模型进行瞬态动力学和声场计算,通过分析柴油机表面
振动监测点的振动位移和平均有效速度、辐射噪声声压级等获取所研究柴油机在原燃烧
室结构下整机的振动噪声特性。
(3)通过改变ω型燃烧室的宽度、凹坑半径和开口形式等三个参数,设计了8种
不同的燃烧室结构,并利用CONVERGE建立了不同燃烧室形状下的三维燃烧仿真模型,
对比分析了不同燃烧室结构对燃烧噪声量化评价参数和缸内物理场分布的影响;选取了
功率较高且爆压和压力升高率较小的三种燃烧室结构,并利用有限元法和边界元法计算
了柴油机在三种燃烧室结构下整机的振动噪声特性。
通过对柴油机燃烧过程以及整机振动噪声特性计算结果的对比分析得知,适当增加
燃烧室宽度有利于降低的整机振动和辐射噪声,对燃烧室进行缩口设计也可降低整机振
动噪声,但其功率的降幅偏大,柴油机性能下降。
关键词:柴油机;燃烧室;燃烧过程;燃烧噪声;振动噪声
基于燃烧过程的柴油机振动噪声预测与燃烧室结构优化研究
Abstract
Thevibrationandnoiseproblemofdieselenginebringshiddendangertoitsreliabilityand
safety,sothevibrationandnoiseofdieselenginebecomesthekeyconcernofresearchers.The
vibrationnoisegeneratedduringthecombustionprocessaccountsforarelativelyhigh
proportionoftheoverallvibrationnoiseofdieselengines,whiletheresearchontheshapeof
thecombustionchamberismainlyfocusedontheoptimizationofemissionperformanceand
thecontroloftheheatreleaselaw.Basedontheabovereasons,thispaperwillconsiderthe
influenceofcombustionprocessonthevibrationnoiseofdieselengine,calculatethevibration
noisecharacteristicsofdieselengineandoptimizethestructureofdieselenginecombustion
chamber.Theresearchinthispaperisdividedintothreemainpartsasfollows:
(1)summarizethein