燃烧室形状和喷气时刻对CNG发动机燃烧影响的研究

发布时间：2017-04-12 08:17

  本文关键词：燃烧室形状和喷气时刻对CNG发动机燃烧影响的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 随着能源问题的出现与排放法规的日益严格,从燃烧过程入手来改善发动机的性能变得尤为重要。为探索稀薄燃烧规律及其对CNG发动机燃烧稳定性和发动机性能的影响,以提高CNG发动机的燃烧速度,扩展其稀燃极限,本文针对CA6SE1-21N增压CNG发动机进行了燃烧室形状和天然气喷射时刻对发动机燃烧、排放影响的试验与数值模拟研究。 试验结果表明,燃烧室形状对CNG发动机的动力性、经济性及排放性能有较大的影响;采用几何结构变化较大的缩口形燃烧室时,发动机性能得到明显改善;适当推迟CNG喷气时刻有利于缩短延迟期,提高燃烧稳定性。 本文利用商用计算流体力学软件STAR-CD对该发动机的进气、压缩及燃烧过程进行了数值模拟;着重分析了发动机工作过程中缸内速度场、湍流动能、浓度场、温度场和NO浓度场的分布规律,得出了燃烧室形状与喷气时刻对CNG发动机性能的影响规律: a.缸内流动可以分为大幅度掺混和弱流动混合两个阶段。采用螺旋进气道、平缸盖时,在压缩后期逐渐形成强涡流、低滚流的刚性涡。点火时刻火花塞处较低湍流动能,有利于形成稳定的火核。 b.燃烧过程中火焰呈现边随涡流旋转边球形扩散的形状,火花塞始终处于高温区内;火焰前锋面处的温度高,NO浓度较大。 c.缩口或几何结构变化较大的燃烧室形状能产生较强的湍流,使得火焰传播速度显著提高,特别是急燃期内放热率大,有利于提高CNG发动机燃烧的定容性,从而提高发动机热效率。 d.在采用原天然气喷气时刻时,缸内混合气浓度场呈现为自上而下由稀到浓的逆分层分布,这种逆分层浓度场不利于稀燃天然气发动机稳定燃烧。模拟计算发现合理推迟天然气喷气时刻,可以实现气缸内混合气自上而下由浓到稀的弱分层,实现分层燃烧;当喷气时刻由进气上止点推迟到上止点后60OCA时,燃烧室底部的过量空气系数由1.1～1.2变化到1.8左右;而火花塞附近的过量空气系数由2变化到1.3左右。进一步的试验表明,适当推迟天然气喷气时刻,可以提高缸内最大压力和压升率,缩短主燃期和滞燃期,提高燃烧速度,减小燃烧循环变动,提高燃烧的稳定性,使发动机性能得到改善。
【关键词】：CNG发动机 燃烧室形状 喷气时刻 数值模拟 燃烧
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TK401
【目录】：

• 提要4-7
• 第一章 绪论7-18
• 1.1 国内外汽车排放法规的发展7-10
• 1.2 能源问题10
• 1.3 天然气发动机的发展10-14
• 1.4 数值模拟(CFD)及其在内燃机研究上的应用14-17
• 1.5 本研究主要内容17-18
• 第二章 稀燃CNG 发动机性能的试验研究18-22
• 2.1 试验设备及试验工况19-20
• 2.2 试验结果分析20-21
• 2.3 本章小结21-22
• 第三章 CNG 发动机燃烧模拟平台的建立及燃烧模拟分析22-43
• 3.1 几何建模22-27
• 3.2 模型及算法选择27-29
• 3.3 模型验证29-31
• 3.4 缩口形燃烧室缸内混合气形成及燃烧模拟31-41
• 3.5 本章小结41-43
• 第四章 燃烧室形状及天然气喷射时刻对缸内流动燃烧过程影响的数值模拟43-64
• 4.1 燃烧室形状对缸内混合气形成及燃烧的影响43-54
• 4.2 天然气喷射时刻对缸内混合气形成及燃烧的影响54-63
• 4.3 本章小结63-64
• 第五章 全文总结及工作展望64-66
• 5.1 全文总结64-65
• 5.2 今后工作展望65-66
• 参考文献66-72
• 中文摘要72-74
• Abstract74-77
• 致谢77-78
• 导师简介78
• 作者简介78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 姚勇;CNG发动机和汽油机燃烧的比较分析[J];车用发动机;2005年05期

2 何旭,高希彦,刘卫国,马维忍,廖春明;燃烧室形状对缸内气流运动影响的数值模拟[J];车用发动机;2005年03期

3 解茂昭;直喷式柴油机缸内涡流、挤流和湍流的数值研究[J];大连理工大学学报;1990年01期

4 段树林,辛颖,肖进;柴油机缸内气体流动过程的数值计算[J];大连海事大学学报;2001年04期

5 吕林,温苗苗;CNG发动机工作过程的三维数值模拟[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2004年06期

6 王军,王继卫,李光华,曾晓华;CNG/柴油双燃料车用发动机排放特性研究[J];汽车工程;2004年01期

7 张晓东,刘兴华,张幽彤;柴油机改为火花点火式天然气发动机技术研究[J];内燃机;2002年06期

8 王锡斌,马志豪,蒋德明;燃烧室几何形状对缸内气体流动和发动机性能的影响[J];内燃机工程;2002年02期

9 张建华，董愚，王立君，孙济美;直喷式柴油机气缸内各向异性紊流模拟和试验研究[J];内燃机学报;1994年04期

10 马凡华，，刘传李，蒋德明;火花点火发动机准维湍流卷吸燃烧模型的适用性研究（1）[J];内燃机学报;1994年03期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 窦慧莉;电控喷射稀燃天然气发动机的关键技术研究[D];吉林大学;2006年

2 王忠恕;边界条件对柴油机瞬态工况下燃烧的影响及数值模拟[D];吉林大学;2006年

3 李志军;吸附还原净化准均质稀燃汽油机氮氧化物排放实验研究[D];天津大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 金华玉;供油提前角对车用柴油机影响的试验及模拟研究[D];吉林大学;2005年

  本文关键词：燃烧室形状和喷气时刻对CNG发动机燃烧影响的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：301101