摘要
目前我国的航空活塞发动机主要燃用汽油，但汽油在运输和使用安全方面具有一定的局限性，本文希望打破这一局限性，研究以航空煤油为燃料的小型航空活塞发动机，以满足日益旺盛的高性能、长航时的需求。本文旨在研究某型航空二冲程重油活塞发动机的燃烧过程，了解发动机工作过程中缸内的具体流动情况，研究不同工作参数对发动机燃烧特性的影响规律。首先，根据某型重油活塞发动机的结构参数使用Fluent建立发动机三维燃烧模型，根据研究过程中的实际需要，利用试验和仿真相结合的手段确定三维燃烧模型的边界条件，保证数值仿真模型的准确性。随后，对中等负荷工况的发动机缸内燃烧过程进行了数值仿真，分析了选定工况下发动机的扫气性能、流动组织、液滴运动和缸内燃烧情况。研究结果表明，选定工况下，缸内出现燃油短路现象，循环中发动机扫气系数较低，扫气效果一般，扫气过程消耗的功率较大；流动组织方面，滚流形成时间早，持续时间长，对流动的组织和发展影响明显，涡流形成时间晚，衰减迅速，对缸内流动产生的影响有限；液滴运动方面，工作循环中，燃料液滴的蒸发速率呈现先增大后减小再增大的趋势，点火时刻排气道侧的燃料液滴数量多于扫气道侧且火花塞位置的气态燃料浓度高于周围区域；燃烧过程中，化学反应向扫气道侧的发展速率高于向排气道侧的发展速率，在缸内流场的影响下，已燃废气流动并聚集至排气道侧。最后，为进一步提高燃烧效率，并针对选定工况下发动机缸内燃料蒸发效果不佳的问题以及实际工作过程中环境压力对进排气的影响，研究了点火时刻、扫气道进气温度和飞行高度等工作参数对发动机燃烧特性的影响规律。研究结果表明，随点火时刻的推迟，缸内后燃现象逐步减弱消失，缸内最大爆发压力和累计燃烧放热率均呈现先增大后减小的趋势，综合比较各性能指标，346℃A为较为合适的点火时刻；扫气道进气温度的变化对燃烧的影响主要体现在预混燃烧阶段，随进气温度的提高，点火时刻缸内气态燃料浓度升高，预混燃烧放热量增加，燃烧累计放热量升高，燃烧更充分；飞行高度对换气过程影响明显，随飞行高度的升高，换气过程末期出现回流现象，影响扫气效率，飞行高度高于1km时，环境压力对发动机缸内爆发压力、燃烧累计放热率等参数的影响较为明显。本文的研究成果可以为提高小型重油活塞发动机的工作性能提供理论指导和技术支持。
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