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随着能源短缺问题、环境污染问题的日益严重,对于柴油机燃烧与排放性能的要求也越来越高,而燃烧室、喷油系统作为柴油机燃烧系统的重要组成部分,对柴油机燃油雾化,燃烧室内混合气的形成起着决定性作用,合理的燃烧室结构和喷油参数设置对提高柴油机的动力性、经济性、排放性能有着重要的作用。本文通过CFD软件平台——FLUENT对单缸四冲程柴油机的燃烧过程进行了数值模拟分析,并对其燃烧室结构与喷油参数进行了多目标优化,主要的研究内容如下:(1)运用三维建模软件SpaceClaim,根据柴油机相关的几何参数建立柴油机三维简化模型,并应用ANSYS软件中的Design Model模块对燃烧室模型中的缩口比、燃烧室深度、凸台深度进行参数化,并保证改变参数得到的所有燃烧室模型拥有相同的压缩比和燃烧室容积,这一步是为柴油机优化部分做准备;(2)完成计算模型的网格化分,并运用FLUENT分别对四孔喷油嘴和六孔喷油嘴柴油机的燃烧过程进行数值模拟,并对它们的数值计算结果进行详细的对比分析,结果表明:四孔喷油嘴柴油机偏好于动力性,六孔喷油嘴柴油机偏好于排放性能;(3)采用基于克里精(Kriging)代理模型的第二代非排序遗传算法(Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)对六孔喷油嘴柴油机的燃烧室结构和喷油参数进行多目标优化计算,设计变量为燃烧室缩口比、燃烧室深度、凸台深度、喷孔夹角、喷孔直径、喷油提前角,目标函数为最大爆发压力、一氧化氮(NO)与碳烟(Soot)排放含量,并从最优解集中选取一组优化模型与原模型进行数值模拟结果的详细对比分析。(4)运用数据挖掘的总变差方法和自组织映射方法,研究了本次优化中的六个设计变量对三个目标函数的影响规律及大小,以及目标函数之间的相互关系,结果表明:较大的喷油提前角、凸台深度和较小的喷孔夹角、燃烧室缩口比能使柴油机获得较大的最大爆发压力,但同时也会导致NO排放增多,而较少的Soot排放需要较大的喷油提前角、较小的喷孔直径和燃烧室缩口比,也就是说柴油机的动力性能与排放性能是一个矛盾的关系,所以设计人员需对设计变量进行合理的匹配使得柴油机的动力性、经济性和排放处于一个相对较好的状态;另外,燃烧室深度在此次优化中对目标函数的影响相对较小。本次对柴油机燃烧室与喷油系统参数的多目标优化研究所得出的结论为柴油机燃烧系统参数的选择提供一定的参考;在研究中形成的一套完整可行的优化方法,对各领域解决多目标优化问题具有一定的指导意义。