【摘 要】
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自由活塞发动机（FPE）具有功率密度大、能量转化率高、燃料适应性好等优点,近年来成为国内外学者重点研究的一种新型车辆动力装置。本文以课题组研制中的第四代对置活塞式FPE为研究对象,完成了一台缸径为50mm、活塞总行程为72mm（36mm×2）的中央燃烧室设计与数值模拟,主要包括以下几个方面研究内容:（1）根据对置活塞式FPE结构组成、工作循环和性能设计指标,对对置活塞式中央燃烧室结构展开设计,包括
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自由活塞发动机（FPE）具有功率密度大、能量转化率高、燃料适应性好等优点,近年来成为国内外学者重点研究的一种新型车辆动力装置。本文以课题组研制中的第四代对置活塞式FPE为研究对象,完成了一台缸径为50mm、活塞总行程为72mm（36mm×2）的中央燃烧室设计与数值模拟,主要包括以下几个方面研究内容:（1）根据对置活塞式FPE结构组成、工作循环和性能设计指标,对对置活塞式中央燃烧室结构展开设计,包括燃烧室形状、进排气结构方案、汽油直喷系统、火花塞点火布置,并完成燃烧室样机的结构参数设计和实物加工。（2）建立了对置活塞式FPE的CFD仿真模型,完成了三维模型建立与计算网格划分。基于系统零维模型计算得到的活塞位移-时间曲线,将对置活塞运动等效为虚拟曲轴转角的活塞位移。根据数值模拟的研究内容,确定了CFD模型的仿真参数与计算策略。（3）完成了对置活塞式FPE缸内工作循环的CFD计算与结果分析,并研究不同气口位置和进气口压力对扫气过程的变化规律;建立了缸内直喷喷雾模型,完成了模型参数标定与试验验证,并对混合气形成过程进行分析;确定了点火与燃烧模型,研究了不同燃油喷射角度对燃烧过程的影响;最后对对置活塞式FPE动力性、经济性和排放性的各项指标进行预测。数值模拟结果表明:本文所设计中央燃烧室样机的循环指示功为107.1J、指示功率为6.5k W、指示热效率约35.7%、燃油消耗率约232.4g/k W·h、NO和CO排放质量分数分别为1.1×10-3和5.9×10-3,为下一步开展样机设计与试验研究提供了基础数据。
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