氣動發動機缸內流場特性研究

李玉龍, 宋　宇, 朱德泉, 蔣　峰, 朱　燁, 焦　俊

(1. 安徽農業大學 工學院, 安徽 合肥 230036; 2. 安徽農業大學 信息與計算機學院, 安徽 合肥 230036)

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氣動發動機缸內流場特性研究

李玉龍1, 宋宇1, 朱德泉1, 蔣峰1, 朱燁1, 焦俊2

(1. 安徽農業大學 工學院, 安徽 合肥 230036; 2. 安徽農業大學 信息與計算機學院, 安徽 合肥 230036)

以全新研制的電控氣動發動機氣缸流場域為研究對象,建立其幾何模型,運用CFD前處理軟件ICEM對流場域幾何模型進行網格劃分,再運用Fluent動網格技術進行動態模擬計算,分析其氣缸內部流場特性,進而得出氣體在工作過程中各個階段的壓力場和速度場分布.同時,將模擬計算數值與氣動發動機臺架實驗所得值進行比較.結果表明:動網格數值模擬結果與實驗結果較為接近,氣動發動機氣缸內流場動態仿真過程準確可靠,仿真結果可為氣動發動機設計提供參考.當轉速穩定于450 r/min時,由仿真模擬所得數據計算得此氣動發動機指示功率為0.62 kW，實驗時測算得同條件下實驗指示功率為0.55 kW,求得仿真和實驗指示功率的最大誤差為11.2%.利用自制的測功裝置測得實驗時有效功率為0.45 kW,進而求得機械效率為81.8%.研究結果為下一步改善氣動發動機性能提供了依據.

氣動發動機; 動網格技術; 缸內流場; 特性研究

氣動發動機是一種新型環保動力機械[1-2],以壓縮空氣為做功介質,不再使用汽柴油等礦物燃料,其工作循環是純物理過程,即:不會生成常規發動機工作所產生的有害排放物質,起到環保作用.主要工作過程是：將預先儲藏在高壓儲氣罐中的高壓氣體(或者是液態氮等)經過一系列膨脹減壓控制后,進入發動機氣缸中,推動活塞運動對外輸出機械能[3-5].此外,壓縮空氣易于獲取,空氣介質更是取之不盡,將壓縮空氣作為動力源,能夠很好地解決當前石油等能源短缺問題.

文章采用動網格技術[6-7],對氣動發動機缸內高壓流場的整個工作過程進行連續的動態仿真,再現了缸內流場的具體演變過程,研究了不同曲軸轉角時的缸內高壓氣體對活塞的作用力以及缸內流場域中不同部分的氣體流速的動態變化[8],并將動網格模擬所得結果與實驗結果進行比較分析[9-11],為氣動發動機設計和性能分析提供參考.目前,動網格技術已經在航空、機械和汽車等行業得到較為廣泛的應用[12-13],運用在氣動發動機上也具有一定的研究意義.

1　氣動發動機結構與原理

本文所述氣動發動機是全新研制的電控兩級式氣動發動機(如圖1所示),其特點是增加一個二級氣缸,高壓氣體在一級氣缸做功后,部分殘余氣體仍然具有較高壓力,通過兩氣缸之間的連接管道進入二級氣缸,可實現能源的充分利用[14].實驗中,用于配氣的一級和二級電磁閥分別安裝在一級氣缸的進氣和排氣管口處,三級電磁閥裝在二級氣缸排氣管口處.兩級氣缸(一大一小)是氣動發動機系統的核心部件,其主要功用是使來自氣源的高壓氣體推動活塞循環往復運動,帶動曲軸連續轉動,并通過飛輪運轉對外做功.

1—實驗臺;2—電控系統(ECU);3—加速踏板;4—三級排氣閥;5—二級氣缸;6，9—溫度和壓力傳感器;7—氣缸之間連接管道;8—二級進氣閥(一級排氣閥);10—一級氣缸;11—一級進氣閥;12—皮帶輪;13—高壓氣罐;14—發動機機體;15—安裝座;16—靶盤;17—曲軸位置/轉速傳感器;18—恒壓直流蓄電池.圖1　氣動發動機結構簡圖Fig.1　The structure of air powered engine

2　氣缸流場域建模和控制方程

2.1流場域的幾何建模

用建模軟件CATIA和CFD前處理軟件Gambit對氣動發動機的一級氣缸內流場域進行幾何建模.氣缸內流場域的主體部分(即由氣缸壁、缸蓋和活塞所圍成的部分)簡化為圓柱體.缸內流場域建模的主要參數如下:氣缸內流場直徑為60 mm,活塞行程為55 mm,高壓氣體進、排氣口管道直徑為18 mm.缸內流場域幾何模型如圖2所示.由于氣缸內流場部分的結構具有對稱性,在這里取三維動網格仿真模擬所得結果加以直觀地研究.

圖2　氣缸內流場幾何模型圖Fig.2　Geometry model of flow field in cylinder

2.2缸內流場數學模型及控制方程

氣動發動機缸內高壓氣體的流動屬于復雜的可壓縮流體紊流運動,根據實際工作時的流動狀況,要滿足以下方程組[15]:

1)氣動發動機缸內高壓氣體的質量守恒定律(連續性方程):

(1)

式中:ρ為高壓氣體的密度；t為作用時間；u，v，w為高壓氣體3個流動方向的速度；x，y，z為坐標方向.

2)高壓氣體在氣缸內流動時應遵循3個方向上的動量守恒定律(即應滿足運動方程、Navier-Stokes方程):

(2)

(3)

(4)

式(2)至式(4)中:μ為動力黏度；Su，Sv，Sw為動量守恒方程在3個方向上的廣義源項.

3)高壓氣體在整個流動過程中應滿足能量守恒方程:

(5)

式(5)中:cp為高壓氣體比熱容；T為作用時的溫度；k為流體的傳熱系數；ST為流體內熱源及由于黏性作用流體機械能轉化為內能的部分(或者叫做黏性耗散項).

4)氣體狀態方程.

上述式(1)至式(5)中,有u，v，w，p，T和ρ六個未知量,聯立上述方程組,并結合p和ρ的氣體狀態方程(6),可使方程組封閉.

p=p(ρ,T)，

(6)

狀態方程(6)對理想氣體有

P=ρRT，

(7)

式(7)中R為摩爾氣體常數.

實際上,在Fluent里數值模擬的過程,也就是解上述方程組的過程[16-19].

2.3動網格模型原理及方程

邊界移動的任意小體積V上的一般標量φ的守恒型方程可表示為

(8)

式中:ρ為流體密度；u為流速向量；ug為移動網格的速度；Γ為散度系數；Sφ為φ的源項；dV為介質V的運動邊界.

在方程里出現的時間導數用第一時間格式向后差分表示為

(9)

式中n和n+1分別表示第n時刻和第n+1時刻.

第n+1步體積由下式迭代得出:

(10)

(11)

3　流場域網格劃分和邊界設定

3.1網格劃分

利用前處理軟件ICEM對氣缸內流場域幾何模型劃分體網格.為了保證計算的精準性,劃分體網格時采用高質量的結構化網格,非結構網格在動網格計算中幾乎不能進行,確保了數值模擬過程中的有效性,可避免網格嚴重變形等質量惡化現象.本次劃分后,網格數目是656 005個,如圖3所示.

圖3　缸內流場域體網格圖Fig.3　Grid of the flow field in cylinder

3.2邊界條件

在動網格仿真時,依據前期的試算與分析,確定流場域的具體動態過程,并在發動機運轉一段時間后,進、排氣管道和缸內流場均已較為穩定,根據試算分析和已知數據設定具體的動網格條件.具體如下:

1)壁面邊界條件:設置進、排氣道和氣缸壁面為滑移的變形壁,即壁面的紊流參數和速度是非定常的.

2)入口邊界條件:采用壓力入口,入口氣壓為0.8MPa.

3)出口邊界條件:在一級氣缸的出口處,當高壓氣體在一級氣缸做功完成之后,經過排氣閥排出,此時氣體的壓力仍較高,且數值非恒定,能量并未完全釋放,可經過一級排氣管道和二級進氣管道輸送至二級氣缸繼續膨脹做功.在工作過程中,高壓氣體與氣缸壁溫差較小,且兩者相對瞬時作用時間短,則可認為高壓氣體與缸壁間無熱量交換,從而采用絕熱邊界條件.

4)計算模型:基于前述動網格原理,采用非定常流動及標準k-ε湍流模型.

4　流場域模擬結果分析

4.1迭代計算過程及結果

在完成上述建模、劃分網格、設置邊界條件和進出口狀態后,導入Fluent并選擇solver求解器、設置運行環境、選擇能量方程以及設置標準的k-ε湍流模型后使流場初始化,迭代開始并持續一段時間后可看到迭代計算的殘差圖.由殘差圖可見,氣缸內流場質量守恒的continuity曲線、x和y方向上的速度殘差曲線、湍流能方程的k和epsilon曲線都是隨著迭代次數增加漸漸趨向收斂的臨界值1e-03(0.001),最后趨于水平.由此可知迭代計算是收斂的,仿真模擬是有效的.

4.2結果分析

動網格計算得出了氣動發動機兩行程中不同階段(即曲軸轉到不同角度時)的氣缸內流場中心剖面動態速度圖、壓力圖,圖中各階段均取在一個周期(0～360°CA)內;同時,在進氣和排氣行程中,對周期內的流線圖進行具體觀察，對不同曲軸轉角所對應的缸內流場域實時變化進行對比分析.

1)進氣行程的情形如圖4所示,此時活塞下行.

(a)速度動態過程圖

(b)壓力動態過程圖圖4　氣動發動機進氣過程Fig.4　Intake process of the air powered engine

2)排氣行程的情形如圖5所示,此時活塞上行.

(a)速度動態過程圖

(b)壓力動態過程圖圖5　氣動發動機排氣過程Fig.5　Exhaust process of the air powered engine

3)進氣和排氣行程中,模擬分析所得的流線圖如圖6所示.

從上述進、排氣過程動態系列模擬結果可以看出，進氣行程:

1)壓力情況:氣缸和活塞圍成的流場域里,高壓氣體壓力分布均勻,在活塞上端面處的壓力明顯大于其他位置.進氣時,中間和兩端位置形成較大的壓力差,在這里因膨脹加速,從而會形成超音速流,快到達活塞表面時,這種超音速流又會消失,這樣就在中間位置產生了系列漩渦,且湍流強度最大,同時,瞬態過程中,氣流壓力因進氣系統結構的阻礙及氣流流動中的脈動等因素,使得瞬時壓力相對初始壓力設定值0.8MPa有一定偏差,從而導致進、排氣時缸內壓力相對規定值會產生一定的負值,在達到活塞表面時,漩渦的強度被耗散以致遞減,于是使作用在活塞上的壓力分布均勻.

2)速度情況:在此階段,整個流場域的速度分布較為均勻,氣流集中沖向活塞上表面,推動活塞下行,且缸內速度梯度變化較小,不會出現氣流分離,流動狀態良好,氣體壓力能利用率較高.

排氣行程:

(a)進氣過程流線圖

(b)排氣過程流線圖圖6　流線圖Fig.6　Streamline graph

1)壓力情況:流場內的容積隨活塞上行而遞減,壓力變大并較為均勻,從初始壓縮到中期時,排氣管道和缸壁接口處的壓力值增大明顯,且該處壓力最不穩定,對氣缸壁沖擊較大.

2)速度情況:活塞上行過程中,氣缸中氣流速度分布均勻且穩定,排氣口的氣流速度值始終很大,并且隨著壓縮的增強有進一步增大的趨勢.

同時,從進、排氣過程的三維流線圖中同樣可看出:進氣過程中,缸內流動剛開始時因氣流不穩定而較為紊亂,因進氣速度較快進而形成漩渦,在氣流穩定后,內部壓力整體上變得相對均勻;排氣過程中,內部流動良好且均勻,未出現流動分離、漩渦等,進一步體現了氣缸流場流動的合理性.

4.3主要參數隨曲軸轉角的變化情況

由動網格仿真分析所得數據,可直觀地觀察缸內氣流壓力和速度的變化情形,一個周期內的數據變化情況如圖7、圖8所示.

1)缸內壓力變化.

缸內壓力是指發動機正常運轉后,由氣源進入氣缸內的穩定高壓氣流在缸內產生擠壓推動作用時的氣壓.

由圖7可以看出:仿真計算得到的過程與預期理論推導的過程較為吻合.氣動發動機缸內壓力主要分為以下幾個階段:在進氣初始階段,活塞在上止點時,進氣閥開啟,缸內壓力逐漸上升,直到曲軸轉角為120°CA時,達到最大壓力；隨著缸內容積逐漸變大，氣壓變小，持續一定時間后進入排氣過程；排氣閥打開,隨著活塞上行,壓力逐漸減小,缸內壓力趨于一個穩定的低壓狀態,直到排氣階段結束.

圖7　缸內壓力與曲軸轉角的關系Fig.7　The relationship between the pressure in cylinder and the angle of crank

圖8　活塞速度與曲軸轉角的關系Fig.8　The relationship between the piston velocity and the angle of cran

2)活塞速度變化.

從模擬過程所得到的速度隨曲軸轉角變化的關系可以看到,一個工作循環的速度變化接近于氣動發動機進氣行程和排氣行程的理論工作規律.

4.4指示功率計算

在氣動發動機運轉達到穩定狀況時,取其轉速n=450r/min,已知氣缸直徑d=60mm,行程L=65mm,由仿真分析可知,缸內的壓力為0.42～0.62MPa,進行以下計算:

在上述條件下高壓氣體對活塞的推力

(12)

式中S為活塞上端面面積.

將數據代入式(12)中,求得推力F=1 243.5N.

壓縮過程氣體對活塞所做的指示功為

W=FL，

(13)

代入數據,求得指示功W=80.8J.

結合上述的計算,運用指示功率計算公式[20]：

(14)

式中：i為缸數,此時取i=1;n為轉速.代入數據,求得P=0.62kW.

5　實驗結果分析與計算

此實驗臺架由高壓氣源供給系統、氣動發動機及電控系統、自制的測功裝置和相關數據采集系統四大部分組成[21],如圖9所示.

圖9　氣動發動機實驗臺架Fig.9　The experiment bench of air powered engine

為了保證在實驗中能夠持續供給壓力穩定的高壓氣體,在壓縮機氣罐連接第1級氣缸的管道上安裝空氣流量計和調壓裝置,使進氣壓力恒為0.8MPa.實驗所用氣動發動機機體部分由空氣壓縮機改造獲得,并開發了相應的電控進、排氣系統.同時,團隊自制了精準的功率檢測裝置.

本次實驗,為驗證仿真結果的準確性,拆除電控兩級式氣動發動機二級氣缸的進氣管,將兩級式氣動發動機改變成單級式氣動發動機進行實驗,此時只有一級氣缸工作,二級氣缸停止工作,與仿真情形相適應，同時，一級和二級電磁閥工作,三級電磁閥暫停.

另外,實驗時首先將一級缸活塞上止點定為0°CA,由電控系統微處理器編程多組實驗對比得出氣缸最佳進、排氣脈寬分別為132°CA和110°CA,然后在臺架上由已確定的脈寬,多次實驗得出進、排氣電磁閥的開閉最佳時刻如表1所示.發動機所配用的信號盤有60個齒,其中包含3個異形齒,用來產生脈沖信號并確定配氣定時.

表1進、排氣電磁閥開閉時刻

Table 1The opening and closing time of inlet and outlet solenoid valve

電磁閥打開時刻關閉時刻一級電磁閥?=-12°CA時1)?=120°CA時二級電磁閥?=192°CA時?=302°CA時

注:1)φ表示曲軸轉角,“-”表示進氣提前角.

實驗過程中,氣動發動機能在設定條件下穩定運轉.通過缸內氣體壓力傳感器測得實驗中的壓力數據,轉速n=450 r/min時,實際壓力隨曲軸轉角變化關系如圖10所示.

圖10　實驗測得壓力與曲軸轉角的關系Fig.10　Relationship between the pressure in experiment and the angle of crank

將動網格模擬所得結果與實驗結果對比可看出:實驗中,壓力變化規律同仿真模擬變化規律一致,但實際實驗所得壓力低于仿真模擬和理論計算值,且實驗所得壓力在初期增長速度以及末期減小速度均緩于仿真所得壓力的變化速度,主要原因歸根于關鍵部件(如氣缸蓋和管道接頭處等)的密封性因加工工藝等問題沒有得到保證.

由實驗所得缸內壓力值變化,同理運用式(12)至式(14),計算得到實驗指示功率P0=0.55 kW.

將仿真計算和實驗所得指示功率進行比較分析,由其結果可知,誤差為11.2%.

實驗中,自制的測功裝置基本原理如下:將摩擦輪安裝在飛輪和信號盤之間,通過對其施加正壓力,則可由摩擦輪的摩擦阻力產生阻力矩,其中摩擦阻力可通過薄膜壓力傳感器所測得的正壓力計算得到,結合公式(15)即可得.

(15)

式中：Pa為有效功率;f為摩擦系數;N為測功時的正壓力;R為信號盤半徑;n為轉速.

由實驗所得數據,求得Pa=0.45 kW.

綜上,運用發動機機械效率η的計算公式

(16)

代入計算數據，得到η=81.8%.

6　結　論

綜上所述,本文對氣動發動機氣缸進行了基于Fluent動網格的數值模擬分析,并進行了臺架實驗,得出如下結論:

1)通過數值模擬分析可知,在發動機工作過程中,高壓氣體的壓力基本未出現氣流分離,在缸內流動和做功狀態良好;

2)由模擬結果與實驗結果對比可知,動網格模擬和實際實驗中壓力變化規律一致,但實驗中高壓氣體有一定的損失量;

3)根據相關數據計算可得,在氣源壓力為0.8 MPa且轉速穩定在450 r/min時,氣動發動機的指示功率為0.62 kW,由實驗測算得實驗指示功率為0.55 kW,實驗臺氣體密封問題導致最大誤差為11.2%.同時,由實驗測得有效功率為0.45 kW,進而求得機械效率為81.8%.

[1] 賈光政,王宣銀,吳根茂.壓縮空氣動力應用的發展現狀及展望[J].中國機械工程,2002,13(17):1512-1515．

JIA Guang-zheng,WANG Xuan-yin,WU Gen-mao.Development status and prospect of compressed air power application[J].China Mechanical Engineering,2002,13(17):1512-1515．

[2] 陳鷹,許宏,陶國良,等.壓縮空氣動力汽車的研究與發展[J].機械工程學報,2002,38(11):7-11．

CHEN Ying,XU Hong,TAO Guo-liang,et al.Research and development of compressed air powered vehicle[J].Journal of Mechanical Engineering,2002,38(11):7-11．

[3] 許宏.壓縮空氣動力汽車的可行性研究[J].中國機械工程,2010,20(6):1618-1621．

XU Hong.Feasibility study of compressed air powered vehicle[J].China Mechanical Engineering,2010,20(6):1618-1621．

[4] YU Q H,SHI Y,CAI M L,et al.Working characteristics of varable intake valve in compressed air engine[J].The Scientific World Journal,2014，14(7)：498-502．

[5] QIAN Y J,ZUO C J,TAN J,et al.Optimisation of the design parameters of a compressed air engine based on numerical simulation[J].HKIE Transactions,2012,19(2):24-30．

[6] 葛如海,王桃英,許棟,等,基于動網格和UDF技術的氣缸動態特性研究[J].機床與液壓,2010,38(21):12-14．

GE Ru-hai,WANG Tao-ying,XU Dong,et al.Dynamic characteristics of pneumatic cylinder based on dynamic and UDF[J].Machine Tool and Hydraulics,2010,38(21):12-14．

[7] 金曉宏,楊科,沈洋,等,基于動網格技術的理想液壓缸運動數值計算[J].機電工程,2013,30(12)：1445-1449．

JIN Xiao-hong,YANG Ke,SHEN Yang,et al.Numerical calculation of movement for ideal hydraulic cylinder based on dynamic mesh[J].Journal of Mechanical and Electrical Engineering,2013,30(12):1445-1449．

[8] 胡軍強,俞小莉,劉林,等.氣動發動機缸內流場的動態特征[J].浙江大學學報(工學版),2007,41(11):1912-1915．

HU Jun-qiang,YU Xiao-li,LIU Lin,et al.Dynamic characteristics of in-cylinder flow field in air-powered engine[J].Journal of Zhejiang University(Engineering Science),2007,41(11):1912-1915．

[9] KOH H M,LEE H S,JEONG U Y.An incremental formulation of the moving-grid finite element method for the prediction of dynamic crack propagation[J].Nuclear Engineering and Design,1995,158(2):295-309．

[10] BODARD N,BOUFANAIS R,DEVILLE M O.Solution of moving-boundary problems by the spectral element method[J].Applied Numerical Mathematics,2007,58(7):68-85．

[11] ETIENNE G,CHRISTOPH M,ALBERTO B J,et al.Combining fixed and moving-grid methods to study direct dissociation processes involving nonadiabatic transitions[J].The Journal of Chemical Physics,2005,123(21):1410-1417．

[12] 周俊杰,徐國權,張華俊,等.Fluent工程技術與實例分析[M].北京:中國水利水電出版社,2013:474-488．

ZHOU Jun-jie,XU Guo-quan,ZHANG Hua-jun,et al,Fluent engineering technology and case analysis[M].Beijing:China Water and Power Press,2013:474-488．

[13] 張文龍.活塞排氣氣動發動機仿真分析研究[D].南昌：南昌航空大學航空制造工程學院，2010:42-48．ZHANG Wen-long.Simulation analysis of piston exhaust gas engine[D].Nanchang:Nanchang Aviation University,College of Aeronautical Manufacturing Engineering，2010:42-48．

[14] JOHN Finnemore E,FRANZINI J B.Fluid mechanics with engineering applications[M].New York:McGraw-Hill Companies,Inc.,2002:192-198．

[15] 王福軍.計算流體動力學分析:CFD軟件原理與應用[M].北京:清華大學出版社,2004:7-13．

WANG Fu-jun.Computational fluid dynamic analysis:principle and application of CFD[M].Beijing:Tsinghua University Press,2004:7-13．

[16] 牟紅雨,張翠平,任超超,等.發動機進氣系統的Fluent分析與結構優化[J].內燃機,2011(3):30-33．

MOU Hong-yu,ZHANG Cui-ping,REN Chao-chao,et al.Fluent analysis and structure optimization for engine intake system[J].Internal Combustion Engines,2011(3):30-33．

[17] 李國威,王巖,呂秀麗,等.偏置短葉片離心泵內三維流場數值模擬[J].農業工程學報,2011,27(7):151-155．

LI Guo-wei,WANG Yan,Lü Xiu-li,et al.Numerical simulation of three-dimensional flow field in centrifugal pump with deviated short splitter vanes[J].Transactions of the CSAE,2011,27(7):151-155．

[18] 許濤,過學訊,張杰山,等.基于Fluent的液力變矩器內流場數值計算[J].農業機械學報,2007,38(12):152-155．

XU Tao,GUO Xue-xun,ZHANG Jie-shan,et al.Numerical calculation of the internal flow field of torque converter based on Fluent[J].Journal of agricultural machinery,2007,38(12):152-155．

[19] HUANG Q F,WAN X,ZHANG Z,et al.Based on Fluent numerical calculation of refractive index on rocket engine nozzle plume[J].Optics and Photonics Journal,2013,3(2):90-93．

[20] 張華俊,高玉學,郭航,等.制冷活塞式壓縮機指示功率的計算與分析[J].制冷與空調,1997(3):24-27．

ZHANG Hua-jun,GAO Yu-xue,GUO Hang,et al.Calculation and analysis of indicator power for refrigeration piston compressor[J].Refrigeration and Air Conditioning,1997(3):24-27．

[21] 翟昕,俞小莉,蔡金雷,等.氣動發動機臺架性能試驗研究[J].浙江大學學報(工學版),2006,40(1):135-138．

ZHAI Xin,YU Xiao-li,CAI Jin-lei,et al.Fluent experimental study on performances of compress-air engine[J].Journal of Zhejiang University(Engineering Science),2006,40(1):135-138．

Research on characteristics of flow field in the cylinder of air powered engine

LI Yu-long1, SONG Yu1, ZHU De-quan1, JIANG Feng1, ZHU Ye1, JIAO Jun2

(1. School of Engineering, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China;2. College of Information & Computer, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China)

The cylinder flow field in the electronic controlled air powered engine which is new developed is studied as the object. Firstly, the geometry model was built and the pre-processing software-ICEM of CFD was used to mesh the model. Then, the dynamic simulation was done by moving-grid technology in the Fluent software. After it was done, the characteristics of the internal flow field were analyzed, then the distribution of velocity field and pressure field about the gas in the process of working were obtained. At the same time, comparisons were made between the numerical simulation calculation and the experimental results in bench of air powered engine. The results showed that the results with numerical simulation of moving-grid were close to experimental results, the dynamic process of the flow field in cylinder of the engine was accurate and reliable, the results of simulation could provide a reference for the design of the engine. When the rotational speed was 450 r/min, the simulative indicated power of air powered engine was 0.62 kW and the experimental indicated power was 0.55 kW under the same conditions, the maximum error of the indicated power between simulative results and experimental results was 11.2%. The effective power of air powered engine was 0.45 kW by the data in the power measuring device, while using homemade dynamometer device, and then acquiring the mechanical efficiency was 81.8%. The research results provide the basis for the further improvement of the air powered engine’s performance.

air powered engine; moving-grid technology; flow field in cylinder; research on characteristic

2015-09-12．

安徽省教育廳自然科學研究重點項目(KJ2013A107);安徽農業大學穩定和引進人才基金資助項目(WD2013-11);安徽農業大學學科骨干培育項目(2014XKPY-49);江蘇省產學研合作資助項目(BY2012148).

李玉龍(1989—),男,安徽六安人,碩士生,從事車輛動力工程、發動機結構設計和性能研究,E-mail:ahnydxlyl@sina.com.http://orcid.org//0000-0003-0765-7972

通信聯系人：宋宇(1971—),男,安徽濉溪人,副教授,碩士生導師,博士,從事現代設計方法和理論、車輛動力學與控制和清潔能源等研究,E-mail:songyu@ahau.edu.cn．http://orcid.org//0000-0003-0056-6744

10.3785/j.issn. 1006-754X.2016.03.007

U 469.76

A

1006-754X(2016)03-0235-09

本刊網址·在線期刊：http://www.journals.zju.edu.cn/gcsjxb