Đặc trưng hóa dòng chảy tại cửa nạp dưới điều kiện ổn định sử dụng PIV và POD
Tóm tắt
Nghiên cứu hiện tại trình bày một điều tra thực nghiệm về cấu trúc dòng chảy xoay vòng bằng phương pháp Tốc độ Hình ảnh Hạt (PIV) dưới điều kiện ổn định, xem xét mặt phẳng xoay vòng thẳng đứng trung tâm. Các thí nghiệm được thực hiện trên đầu động cơ Xăng Phun Trực Tiếp (GDI) bốn van với các mức nâng van khác nhau và với sự chênh lệch áp suất 150 mmH2O giữa các van nạp. Hơn nữa, kỹ thuật Phân rã Chính Điều Hòa (POD) đã được áp dụng cho các bản đồ vectơ vận tốc được đo bằng PIV để định hình các cấu trúc dòng chảy ở các mức nâng van khác nhau, và do đó các giá trị xoay vòng khác nhau. Kết quả cho thấy rằng tại các mức nâng van thấp (1 đến 5 mm), 48,9 đến 46,6% năng lượng dòng chảy tập trung vào các xoáy lớn (mô hình 1) chỉ với 8,4 đến 11,46% trong mô hình 2 và 7,2 đến 7,5% trong mô hình 3. Tại các mức nâng van cao, có thể thấy rõ rằng một phần năng lượng trong các xoáy lớn của mô hình 1 đã được chuyển giao cho các cấu trúc dòng chảy nhỏ hơn của các mô hình 2 và 3. Điều này có thể được thấy rõ tại mức nâng van 10 mm, nơi các giá trị năng lượng dòng chảy là 40,6%, 17,3% và 8,0% cho các mô hình 1, 2 và 3, tương ứng.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Zhao, 1999, Automotive spark-ignited direct-injection gasoline engines, Prog. Energy Combust. Sci., 25, 437, 10.1016/S0360-1285(99)00004-0
Smith, J.D., and Sick, V. (2006). A Multi-Variable High-Speed Imaging Study of Ignition Instabilities in a Spray-Guided Direct-Injected Spark-Ignition Engine, SAE International. SAE Technical Paper 0148-7191.
Kume, 1996, Combustion control technologies for direct injection SI engines, JSAE Rev., 4, 435
Spiegel, L., and Spicher, U. (1992). Mixture Formation and Combustion in a Spark Ignition Engine with Direct Fuel Injection, SAE International. SAE Technical Paper 0148-7191.
Preussner, C., Döring, C., Fehler, S., and Kampmann, S. (1998). GDI: Interaction between Mixture Preparation, Combustion System and Injector Performance, SAE International. SAE Technical Paper 0148-7191.
Fraidl, G., Piock, W., and Wirth, M. (1996). Gasoline Direct Injection: Actual Trends and Future Strategies for Injection and Combustion Systems, SAE International. SAE Technical Paper 0148-7191.
Yamakawa, M., Isshiki, S., Lee, J., and Nishida, K. (2001). 3-D PIV Analysis of Structural Behavior of DI Gasoline Spray, SAE International. SAE Technical Paper 0148-7191.
Lee, J., Yamakawa, M., Isshiki, S., and Nishida, K. (2002). An Analysis of Droplets and Ambient Air Interaction in a DI Gasoline Spray Using LIF-PIV Technique, SAE International. SAE Technical Paper 0148-7191.
Ishida, R., Nakayama, T., Kaneko, M., and Morikawa, K. (2011). Analysis of In-Cylinder Flow and Fuel Vapor Concentration Distribution in Gasoline Direct Injection Engine, SAE International. SAE Technical Paper 0148-7191.
Hung, D.L., Zhu, G.G., Winkelman, J.R., Stuecken, T., Schock, H., and Fedewa, A. (2007). A High Speed Flow Visualization Study of Fuel Spray Pattern Effect on Mixture Formation in a Low Pressure Direct Injection Gasoline Engine, SAE International. SAE Technical Paper 0148-7191.
Serras-Pereira, J., Aleiferis, P., Richardson, D., and Wallace, S. (2007). Mixture Preparation and Combustion Variability in a Spray-Guided DISI Engine, SAE International. SAE Technical Paper 0148-7191.
Banerjee, 2016, Numerical investigation of stratified air/fuel preparation in a GDI engine, Appl. Therm. Eng., 104, 414, 10.1016/j.applthermaleng.2016.05.050
Georjon, T., Bourguignon, E., Duverger, T., Delhaye, B., and Voisard, P. (2000). Characteristics of Mixture Formation and Combustion in a Spray-Guided Concept Gasoline Direct Injection Engine: An Experimental and Numerical Approach, SAE International. SAE Technical Paper 0148-7191.
Gold, M., Li, G., Sapsford, S., and Stokes, J. (2000). Application of Optical Techniques to the Study of Mixture Preparation in Direct Injection Gasoline Engines and Validation of a CFD Model, SAE International. SAE Technical Paper 0148-7191.
Lucchini, T., D'Errico, G., Onorati, A., Bonandrini, G., Venturoli, L., and di Gioia, R. (2012). Development of a CFD Approach to Model Fuel-Air Mixing in Gasoline Direct-Injection Engines, SAE International. SAE Technical Paper 0148-7191.
Heywood, J. (1988). Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill Education.
Ricardo, J. (1993). Steady State Flow Bench Port Performance Measurement and Analysis Techniques, Ricardo. Report DP93/0704.
Hill, 1994, The effects of swirl and tumble on combustion in spark-ignition engines, Prog. Energy Combust. Sci., 20, 373, 10.1016/0360-1285(94)90010-8
El-Adawy, M., Heikal, M., Aziz, A.R.A., Siddiqui, M., and Wahhab, H.A.A. (2017). Experimental study on an IC engine in-cylinder flow using different steady-state flow benches. Alex. Eng. J.
Khalighi, 1991, Study of the intake tumble motion by flow visualization and particle tracking velocimetry, Exp. Fluids, 10, 230, 10.1007/BF00190393
Yang, 2017, In-Cylinder Flow Correlations between Steady Flow Bench and Motored Engine Using Computational Fluid Dynamics, J. Eng. Gas Turbines Power, 139, 072802, 10.1115/1.4035627
Baratta, 2017, Experimental and numerical approaches for the quantification of tumble intensity in high-performance SI engines, Energy Convers. Manag., 138, 435, 10.1016/j.enconman.2017.02.018
Reuss, D.L., Adrian, R.J., Landreth, C.C., French, D.T., and Fansler, T.D. (1989). Instantaneous Planar Measurements of Velocity and Large-Scale Vorticity and Strain Rate in an Engine Using Particle-Image Velocimetry, SAE International. SAE Technical Paper 0148-7191.
Krishna, 2011, Effect of engine speed on in-cylinder tumble flows in a motored internal combustion engine—An experimental investigation using particle image velocimetry, J. Appl. Fluid Mech., 4, 1
Huang, 2005, Topological flow evolutions in cylinder of a motored engine during intake and compression strokes, J. Fluids Struct., 20, 105, 10.1016/j.jfluidstructs.2004.09.002
Krishna, 2010, Characterization of flow through the intake valve of a single cylinder engine using particle image velocimetry, J. Appl. Fluid Mech., 3, 23
Munir, 2015, Identification of dominant structures and their flow dynamics in the turbulent two-phase flow using POD technique, J. Mech. Sci. Technol., 29, 4701, 10.1007/s12206-015-1017-x
Lumley, 1967, The structure of inhomogeneous turbulent flows, Atmos. Turbul. Radio Wave Propag., 790, 166
Zhuang, 2016, Characterization of the effect of intake air swirl motion on time-resolved in-cylinder flow field using quadruple proper orthogonal decomposition, Energy Convers. Manag., 108, 366, 10.1016/j.enconman.2015.10.080
Wang, 2015, Large-eddy simulation of in-cylinder flow in a DISI engine with charge motion control valve: Proper orthogonal decomposition analysis and cyclic variation, Appl. Therm. Eng., 75, 561, 10.1016/j.applthermaleng.2014.10.081
Pitcher, G. (2013). An Investigation and Comparison between Standard Steady Flow Measurements and Those in a Motored Engine. [Ph.D. Thesis, Loughborough University].