FLOW CALCULATION IN TWO － STROKE ENGINE WITH DIFFERENT COMBUSTION CHAMBER

Abstract

本份論是關於二行程引擎內部流場的數值研究。重點集中在探討驅氣及壓縮過程中的 氣體流動。 使用兩種雙方程式渦流黏性模式來模擬紊流特性：一種是由LAUNDER及SPALDING（ 1972）所發展出來的線性K－ε模式，一種是由SPEZIALE（1987）所發展出來的非線 性K－ε模式。將統禦方程式轉換成曲線正交座標系統以符合不規則的引擎幾何外形 ，在計算中將汽缸分成膨脹╱壓縮區域（E╱C）及缸頂╱碗狀（H╱B）區域，在膨脹 ╱壓縮區域中格點可隨活塞的移動而改變位置。微分方程式利用有限體積法來做離散 化，並利用混合中央╱上風差分法和線性上風差分法來預估對流項。使用一橢圓偏微 分方程式產生曲線正交格點來吻合不規則的汽缸頭形狀，並利用不需要經過反覆疊代 、先預測後修正的EPISO法來解離散後的方程組。線性方程組用兩種反覆疊代的方法 來解，一種是STONE'S STRONGLY IMPLICIT PROCEDURE（SSIP），一種是INCOMPLETE CHOLESKY CONJUGATE GRADIENT（ICCG）。使用混合中央╱上風差分法及線性K －ε 模式對具不同形狀燃燒室之迴環驅氣式二行程引擎進行缸內流場計算，其驅氣效率（ SCAVENGING EFFICIENCY）和捕捉效率（TRAPPING EFFICIENCY）和實驗結果比較起 來相當吻合。驅氣迴環在驅氣過程中形成，在驅排氣口都關閉後形成滾動渦流，因滾 動渦流的被壓縮，使得在曲柄角度310度∼340度之間有紊流增強的現象產生。針對不 同彎曲度的汽缸頭進行詳細的研究發展，在壓縮衝程中增加汽缸頭的彎曲度可使滾動 渦流的結構較完整，且流體動能自均流轉化成紊統的效應也較明顯。此滾動渦流的強 度特徵可以從流出對稱面上的渦旋量表示。 將碗狀燃燒室置於汽缸頭的中央或偏心的位置，探討在壓縮衝程及膨脹衝程初期滾動 渦流與擠壓流相互的作用，結果發現擠壓流和回復擠壓流的出現可以減緩在壓縮衝程 末期及膨脹衝程初期的紊流衰減現象，使得具有碗狀燃燒室的引擎在上死點及稍後的 膨脹衝程中具有較強的均流及紊流強度，而且碗狀燃燒室的偏心方向對均流及紊流特 性都有明顯的影響。 此外本研究還探討一非線性K －ε模式，這個模式是把SPEZIALE（1987）原先所提出 的非線性K－ε模式中的OLDROYD微分項拋棄之後的簡化模式，經簡化後的模式並不需 要濾波程序來使解答平穩。對此模式的測試係在不可壓縮的模型引擎上進行，和傳統 的線性K－ε模式的結果比較發現，雖然非線性模式改善的效果不是那麼明顯，但是 此模式可預測到較強的噴流及迴流，此點與實驗結果較接近。