低速二冲程双燃料机传热特性研究

发布时间：2020-06-05 02:37

【摘要】：日趋严格的海上船舶主机排放法规使天然气发动机技术开始得到越来越多的关注,其中采用Otto循环的预混稀燃双燃料船用主机在控制排放方面优势明显,但是随着发动机强化程度的不断提高,预混合气早燃、爆燃等异常燃烧现象出现频率增加。已有研究显示气缸润滑油自燃是早燃的主要原因之一。此外,燃烧室高温表面对预混合气的加热效应增加了低温化学反应放热量和中间活性产物的积累,这在一定程度上会促进预混合气早燃。本文对燃烧室高温热表面温度分布特性及其对预混合天然气传热的影响,诱发链式反应产生早燃的过程进行研究。论文首先使用流固耦合方法对燃烧室关键零部件进行热负荷分析,然后使用数值仿真软件Converge耦合简化反应机理的方式模拟天然气双燃料发动机的燃烧过程。论文主要工作具体分为以下几部分:(1)介绍低速二冲程机组合活塞冷却油路,使用AVL FIRE划分动网格并进行振荡冷却CFD计算,基于活塞往复运动和伸缩套管拉伸及压缩作用的特点,阐释活塞振荡冷却机理;(2)建立活塞头有限元分析模型,确定活塞顶面燃气侧、内冷油腔壁面及侧面的热边界条件,其中顶面和内冷油腔壁面的热边界条件分别通过三维CFD缸内工作过程全循环计算和振荡冷却计算后映射得到。编写APDL命令流,使用有限元软件ANSYS对纯柴油机和双燃料机活塞头进行热分析;(3)依据气门开/闭两工况、气门杆部与气门导管、气门锥面与气门座的相对位置,对排气门表面进行分区,并逐一确定气门落座和开启时各区域的热边界条件,然后编写APDL命令流,使用有限元软件ANSYS对纯柴油机和双燃料机排气门进行循环瞬态热分析,待各特征节点处温度稳定后分析了排气门温度场;(4)通过简化假设,使用一维平板导热公式计算了活塞顶和气阀底含0.1mm厚度积碳时积碳表面的平均温度,然后使用Converge软件耦合甲烷-正庚烷简化机理模拟了两种壁温下的双燃料机压缩和燃烧过程,探究燃烧室零部件表面高温对预混合天然气传热的影响。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U664.1

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本文编号：2697371