1、 内燃机缸内内燃机缸内对混合气形成和燃烧过程对混合气形成和燃烧过程有决有决定性影响，因而也影响着发动机的定性影响，因而也影响着发动机的动力性、经济性、燃动力性、经济性、燃烧噪声和有害废气的排放烧噪声和有害废气的排放。组织良好的缸内空气运动对提高组织良好的缸内空气运动对提高的火焰传播速的火焰传播速率、降低燃烧循环变动、适应稀燃或层燃有重要作用；率、降低燃烧循环变动、适应稀燃或层燃有重要作用；对提高对提高的燃油空气混合速率，提高燃烧速率，的燃油空气混合速率，提高燃烧速率，促进燃烧过程中空气与未燃燃料的混合促进燃烧过程中空气与未燃燃料的混合(热混合作用热混合作用)有有重要作用。重要作用。深入了解内燃
2、机缸内空气运动对燃烧过程的影响和作深入了解内燃机缸内空气运动对燃烧过程的影响和作用，对于用，对于具有重要意义。具有重要意义。o 进气结束时，汽缸内旋流速度的分布表明，进气结束时，汽缸内旋流速度的分布表明，小于某一小于某一半径时，切线速度随半径的增加而增大，半径时，切线速度随半径的增加而增大，速度呈刚体速度呈刚体流分布；越过这一半径流分布；越过这一半径时，切线速度随半径的增加而时，切线速度随半径的增加而减小，速度呈势流分布减小，速度呈势流分布。当活塞接近上止点时，刚体。当活塞接近上止点时，刚体流动明显增强，势流运动明显减弱，可以认为此时燃流动明显增强，势流运动明显减弱，可以认为此时燃烧室凹坑内的
3、旋流运动力刚体流。烧室凹坑内的旋流运动力刚体流。o 进气过程所产生的旋流进气过程所产生的旋流可以持续到燃烧膨胀过程可以持续到燃烧膨胀过程。o 在在柴油机柴油机上，进气涡流主要用于增强喷油油束与空气上，进气涡流主要用于增强喷油油束与空气的混合，提高燃油与空气混合速率，这有助于柴油机的混合，提高燃油与空气混合速率，这有助于柴油机的快速燃烧。的快速燃烧。o 在在汽油机汽油机上，进气涡流主要用于增加火焰传播速率，上，进气涡流主要用于增加火焰传播速率，实现快速燃烧。实现快速燃烧。o 进气涡流的大小由进气涡流的大小由进气道形状和发动机转速决定进气道形状和发动机转速决定。(1)采用带导气屏的进气门 图51a
4、 强制空气从导气屏的前面流出,依靠气缸壁面约束，产生旋转气流。由图52b可知，由于导气屏的存在，使在导气屏占据的气门周长范围内气流不进入气缸，增大了导气屏对面的气流速度，从而形成对气缸中心O的动量矩。改变导气屏包角改变导气屏包角的大小和导气屏安装角的大小和导气屏安装角(OO 导导气屏对称中心线与气缸轴线的夹角，见图气屏对称中心线与气缸轴线的夹角，见图52b)的大的大小，均可改变涡流强度。小，均可改变涡流强度。角一般常选角一般常选80 120，角在角在90-270附近可望形成较强的涡流附近可望形成较强的涡流(两者产生两者产生的涡流转动方向相反的涡流转动方向相反)。1)1)由于导气屏减小气流流通截
5、面，流动不对称，使流由于导气屏减小气流流通截面，流动不对称，使流动阻力增加，充量系数降低。动阻力增加，充量系数降低。2)2)由于气门上有导气屏，为保证工作时气流的旋转方由于气门上有导气屏，为保证工作时气流的旋转方向和强度，进气门必须有导向装置，以防工作时转动，这向和强度，进气门必须有导向装置，以防工作时转动，这都使结构复杂，制造成本增加。都使结构复杂，制造成本增加。3)3)气门盘刚度不均匀，变形大，气门在工作时又个能气门盘刚度不均匀，变形大，气门在工作时又个能转动，使气门容易偏磨，对气门密封不利。转动，使气门容易偏磨，对气门密封不利。导气屏缺点导气屏缺点 切向气道形状比较平直，在气门座前强烈收
6、缩，引导气切向气道形状比较平直，在气门座前强烈收缩，引导气流以单边切线方向进入气缸，从而造成气门口速度分布的不流以单边切线方向进入气缸，从而造成气门口速度分布的不均匀。它相当于在平直无旋气道速度分布的基础上，增加均匀。它相当于在平直无旋气道速度分布的基础上，增加个沿切向气道方向的速度个沿切向气道方向的速度 (图图5-2c)5-2c)。切向进气道结构简单，在对进气涡流要求低时，流动阻切向进气道结构简单，在对进气涡流要求低时，流动阻力不大，但当对涡流要求高时，由于气门口速度分布过于不力不大，但当对涡流要求高时，由于气门口速度分布过于不均匀，气门流通面积实际上得不到充分利用，气道阻力将很均匀，气门流
7、通面积实际上得不到充分利用，气道阻力将很快增加，因此切向气道适用于要求进气涡流强度不高的发动快增加，因此切向气道适用于要求进气涡流强度不高的发动机上。机上。切向气道对气口的位置较敏感，泥芯误差对气道的质量切向气道对气口的位置较敏感，泥芯误差对气道的质量影响较大。影响较大。(2)切向气道切向气道(图图51b)在气门座上方的气门腔内做成螺旋形，使气流在螺旋气在气门座上方的气门腔内做成螺旋形，使气流在螺旋气道内就形成道内就形成定强度的旋转，其气门口处气流的情况相当于定强度的旋转，其气门口处气流的情况相当于在平直气道出口速度分布的基础上，增加在平直气道出口速度分布的基础上，增加个切向速度，合个切向速度
8、，合成后的速度图成后的速度图(图图5 52d)2d)是一个对称图形。是一个对称图形。除了螺旋气道本身形成的动量矩外，速度分布图对气缸除了螺旋气道本身形成的动量矩外，速度分布图对气缸中心不再形成动量矩了，这种气道称为纯螺旋气道。中心不再形成动量矩了，这种气道称为纯螺旋气道。（3）螺旋气道）螺旋气道(图图51c)在在(图图53)上评定涡上评定涡流强度的方法基本流强度的方法基本相近，一般采用相近，一般采用测量模拟测量模拟气缸内涡流的转速气缸内涡流的转速或用角动量矩直接或用角动量矩直接测出涡流的角动量，测出涡流的角动量，气体流量用气体流量用测定。测量方法一测定。测量方法一般采用般采用，在不同的气门升程
9、在不同的气门升程下测量叶片的转速下测量叶片的转速和气体流量。和气体流量。为使不同形状和尺寸气道的流动特性具有对比性，为使不同形状和尺寸气道的流动特性具有对比性，采用采用评价不同气门升程下气道的阻评价不同气门升程下气道的阻力特性或流通能力，用力特性或流通能力，用评价不同气门评价不同气门行程下气道形成涡流的能力。行程下气道形成涡流的能力。0FQACQ为试验测得的为试验测得的实际空气流量实际空气流量A为气门座内截面面积为气门座内截面面积2/4VAd n无量纲流量系数定义无量纲流量系数定义为流过气门座为流过气门座的实际空气流量的实际空气流量与理论空气流量之比与理论空气流量之比dv为气门为气门座内径座内
10、径n为进气门数目为进气门数目0为理论进气速度为理论进气速度02 p为进气道压力降，为进气道压力降，一般取一般取2.5kPa为气门为气门座处气座处气体的密体的密度度(kgm3)Ricardo方法方法Ricardo无量纲涡流数无量纲涡流数NR为为:0RRDND为缸为缸径径0为理论为理论进气速度进气速度RRicardo涡流比 为Re R三、滚流和横轴涡流三、滚流和横轴涡流 在气缸内形成的无规则的气流运动称为在气缸内形成的无规则的气流运动称为湍流湍流。采用统计的方法定义湍流特性参数，在统计定常的采用统计的方法定义湍流特性参数，在统计定常的湍流场中，某方向上的当地瞬时流速湍流场中，某方向上的当地瞬时流速U U可以写为可以写为 (5-6)()()U tUu t式中，为式中，为平均速度平均速度；u(t)为流速的脉动分量。为流速的脉动分量。001lim()ttUU t dt（5-7）式中，式中，为时间；为时间；t0为起始时间。为起始时间。湍流强度湍流强度定义为脉动速度分量的均方根值，即定义为脉动速度分量的均方根值，即 001221lim()ttuu t dt（5-8）此外，还使用此外，还使用些些表征湍流特性，表征湍流特性，五、热力混合五、热力混合
