燃气喷射和燃烧室形状对稀燃天然气发动机燃烧影响研究
发布时间：2021-03-09 11:20
能源的大量消耗和环境的严重污染,迫使人们加快了对新能源开发的步伐。天然气作为一种储量丰富、燃烧清洁的燃料,很快成为当前多个行业的主要替代能源,这也推动了天然气发动机的快速发展。而天然气发动机的燃烧特性决定着发动机的动力性、经济性和排放性,因此对其进行深入的研究是非常有必要的。本文利用由2135G柴油机开发而来的多点喷射式天然气发动机,通过试验和三维CFD仿真技术结合的方法,在25%负荷和75%负荷工况点下分别研究了四种不同喷气规律对该发动机稀薄燃烧特性的影响。研究表明,对于较低负荷25%负荷工况时,适当地减小喷气压力和增加喷气持续期有利于发动机动力性和经济性的提高,四个喷气规律中3#喷气规律（3.8bar,13.55ms）在点火时刻时缸内形成较大的上浓下稀的可燃混合气分层梯度,并且其在燃烧过程中缸内产生较广的高火焰面密度区分布,燃料燃烧速率较快,燃烧持续期也最短。而较高负荷75%负荷工况时,适当地增大喷气压力和缩短喷气持续期能够有利于提高燃料利用率和发动机热效率,四个喷气规律中7#喷气规律（7.9bar,12.5ms）点火时刻时缸内点火位置周围形成更加均匀且较浓的可燃混合气分层,减小了...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
015年初天然气已探明储量国家饼状图
哈尔滨工程大学硕士学位论文 型包括燃气喷射电磁阀、燃气喷管和发动机机体（包括节气门、进气道、进排气阀、缸盖和活塞等）。其中发动机机体部分（除节气门）由于结构复杂，为得到其与原机准确一致的结构，本文利用了“反求工程”原理，即通过三维立体扫描仪对 2135G 机体的活塞顶部、缸套、缸盖、进排气阀及阀座和螺旋进气道的实体（阳模）进行扫描，并获得其表面的 3D 点云集合，然后利用三维建模软件 CATIA 中的曲面编辑器对所得的 3D 点云集合进行处理，得到燃烧室、进排气阀及阀座和进气道，由于本文研究不涉及排气冲程，因此对排气阀做了相应的处理，得到的发动机机体模型如图 2.1 所示。
第2章CFD模型建立及验证19如图2.2所示。本文采用的燃气喷管为内径6mm、外径8mm的单孔直管，其三维模型如图2.3所示。本文研究的发动机采用改变节气门的旋转角度来改变发动机的空气进气量，根据节气门的原理和尺寸，在CATIA中建立其三维模型如图2.4所示。最后，根据试验台架的布置，发动机进气道、燃气喷射电磁阀、喷管等实际安装状况，将以上所有相关零件模型经CATIA装配到一起，得到用于本研究的天然气发动机模型，如图2.5所示，图中为活塞处在上止点时的发动机三维模型。图2.2燃气喷射电磁阀三维模型图2.3燃气喷管三维模型图2.4节气门三维模型图2.5上止点时发动机整体三维模型在数值模拟计算中，仿真模型网格数的多少很大程度上决定着仿真计算所花费的时间和所需的计算机资源，因此，为了避免花费不必要的计算时间，本文在保证不影响仿真结果的前提下，在燃气喷射电磁阀针阀完全落座后，将燃气喷射电磁阀和喷气道去掉，喷气系统只留下处在进气歧管内喷管部分，如图2.6所示。在进气阀完全关闭后，即在压缩冲程后期和膨胀冲程中，进气道内流动对缸内流场等过程没有影响时，将进气歧管、进气道、燃气喷管和节气门去掉，只对剩下的燃烧室（如图2.7所示）进行仿真计算。
【参考文献】：
期刊论文
[1]直喷天然气发动机稀薄燃烧特性的仿真试验[J]. 黄丫,林学东,李德刚,顾静静,侯玉晶. 吉林大学学报(工学版). 2015(03)
[2]气道形状对天然气发动机缸内气体流动与燃烧过程影响的研究[J]. 焦运景,司鹏鵾,杨志勇,张自立,张惠明. 内燃机工程. 2013(03)
[3]电控CNG柴油双燃料发动机的研究与开发难题和前景[J]. 高嵩,杨梅,张亚丽,刘生荣. 中国石油和化工标准与质量. 2012(08)
[4]火花点火天然气发动机燃烧过程CFD研究[J]. 焦运景,张惠明,杨志勇,张自立,司鹏昆. 热科学与技术. 2008(04)
[5]CNG发动机燃烧过程的CFD模拟计算[J]. 张惠明,沈国华. 小型内燃机与摩托车. 2007(05)
[6]天然气发动机的研究现状[J]. 范岚岚,何邦全. 小型内燃机与摩托车. 2007(01)
[7]电控多点喷射天然气发动机的开发[J]. 窦慧莉,刘忠长,李骏,闫涛. 燃烧科学与技术. 2006(03)
[8]分隔室压燃式天然气发动机燃烧室结构参数对燃烧特性的影响[J]. 郑清平,张惠明,张德福. 内燃机学报. 2006(03)
[9]缸内直喷式天然气发动机的试验研究[J]. 孙嗣炎,张振东,方祖华,郭辉,李萌. 农业机械学报. 2005(10)
[10]天然气发动机使用性能的分析与改善[J]. 简林莎,边耀璋. 长安大学学报(自然科学版). 2005(05)
博士论文
[1]燃烧边界条件对车用重型天然气发动机燃烧及排放的影响[D]. 余小草.吉林大学 2013
[2]高性能大功率天然气发动机燃烧系统开发研究[D]. 李树生.山东大学 2013
[3]稀燃天然气发动机燃烧过程研究和燃烧系统开发[D]. 焦运景.天津大学 2009
[4]压燃式天然气发动机燃烧过程模拟计算和试验研究[D]. 郑清平.天津大学 2006
硕士论文
[1]采用内置EGR的天然气发动机模拟及国Ⅴ试验研究[D]. 罗修超.西华大学 2016
[2]CNG/柴油双燃料发动机的开发与试验研究[D]. 张俊超.昆明理工大学 2015
[3]大缸径天然气发动机缸内燃烧过程数值模拟研究[D]. 邢小伟.山东大学 2013
[4]进气位置对重型天然气发动机各缸均匀性的影响[D]. 葛思非.吉林大学 2013
[5]CNG/柴油双燃料发动机进气道优化设计研究[D]. 王聘玺.吉林大学 2012
[6]船舶发动机天然气应用的关键技术研究[D]. 马志超.武汉理工大学 2012
[7]大马力天然气发动机工作过程数值模拟及分析[D]. 李春节.华中科技大学 2009
[8]燃烧室形状和喷气规律对天然气发动机燃烧的改善[D]. 黄晶慧.吉林大学 2007
[9]火花点火天然气发动机燃烧过程的多维数值模拟研究[D]. 沈国华.天津大学 2007
[10]天然气发动机均质稀燃的数值模拟与试验分析[D]. 汪源利.华中科技大学 2007
本文编号：3072763
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
015年初天然气已探明储量国家饼状图
哈尔滨工程大学硕士学位论文 型包括燃气喷射电磁阀、燃气喷管和发动机机体（包括节气门、进气道、进排气阀、缸盖和活塞等）。其中发动机机体部分（除节气门）由于结构复杂，为得到其与原机准确一致的结构，本文利用了“反求工程”原理，即通过三维立体扫描仪对 2135G 机体的活塞顶部、缸套、缸盖、进排气阀及阀座和螺旋进气道的实体（阳模）进行扫描，并获得其表面的 3D 点云集合，然后利用三维建模软件 CATIA 中的曲面编辑器对所得的 3D 点云集合进行处理，得到燃烧室、进排气阀及阀座和进气道，由于本文研究不涉及排气冲程，因此对排气阀做了相应的处理，得到的发动机机体模型如图 2.1 所示。
第2章CFD模型建立及验证19如图2.2所示。本文采用的燃气喷管为内径6mm、外径8mm的单孔直管，其三维模型如图2.3所示。本文研究的发动机采用改变节气门的旋转角度来改变发动机的空气进气量，根据节气门的原理和尺寸，在CATIA中建立其三维模型如图2.4所示。最后，根据试验台架的布置，发动机进气道、燃气喷射电磁阀、喷管等实际安装状况，将以上所有相关零件模型经CATIA装配到一起，得到用于本研究的天然气发动机模型，如图2.5所示，图中为活塞处在上止点时的发动机三维模型。图2.2燃气喷射电磁阀三维模型图2.3燃气喷管三维模型图2.4节气门三维模型图2.5上止点时发动机整体三维模型在数值模拟计算中，仿真模型网格数的多少很大程度上决定着仿真计算所花费的时间和所需的计算机资源，因此，为了避免花费不必要的计算时间，本文在保证不影响仿真结果的前提下，在燃气喷射电磁阀针阀完全落座后，将燃气喷射电磁阀和喷气道去掉，喷气系统只留下处在进气歧管内喷管部分，如图2.6所示。在进气阀完全关闭后，即在压缩冲程后期和膨胀冲程中，进气道内流动对缸内流场等过程没有影响时，将进气歧管、进气道、燃气喷管和节气门去掉，只对剩下的燃烧室（如图2.7所示）进行仿真计算。
【参考文献】：
期刊论文
[1]直喷天然气发动机稀薄燃烧特性的仿真试验[J]. 黄丫,林学东,李德刚,顾静静,侯玉晶. 吉林大学学报(工学版). 2015(03)
[2]气道形状对天然气发动机缸内气体流动与燃烧过程影响的研究[J]. 焦运景,司鹏鵾,杨志勇,张自立,张惠明. 内燃机工程. 2013(03)
[3]电控CNG柴油双燃料发动机的研究与开发难题和前景[J]. 高嵩,杨梅,张亚丽,刘生荣. 中国石油和化工标准与质量. 2012(08)
[4]火花点火天然气发动机燃烧过程CFD研究[J]. 焦运景,张惠明,杨志勇,张自立,司鹏昆. 热科学与技术. 2008(04)
[5]CNG发动机燃烧过程的CFD模拟计算[J]. 张惠明,沈国华. 小型内燃机与摩托车. 2007(05)
[6]天然气发动机的研究现状[J]. 范岚岚,何邦全. 小型内燃机与摩托车. 2007(01)
[7]电控多点喷射天然气发动机的开发[J]. 窦慧莉,刘忠长,李骏,闫涛. 燃烧科学与技术. 2006(03)
[8]分隔室压燃式天然气发动机燃烧室结构参数对燃烧特性的影响[J]. 郑清平,张惠明,张德福. 内燃机学报. 2006(03)
[9]缸内直喷式天然气发动机的试验研究[J]. 孙嗣炎,张振东,方祖华,郭辉,李萌. 农业机械学报. 2005(10)
[10]天然气发动机使用性能的分析与改善[J]. 简林莎,边耀璋. 长安大学学报(自然科学版). 2005(05)
博士论文
[1]燃烧边界条件对车用重型天然气发动机燃烧及排放的影响[D]. 余小草.吉林大学 2013
[2]高性能大功率天然气发动机燃烧系统开发研究[D]. 李树生.山东大学 2013
[3]稀燃天然气发动机燃烧过程研究和燃烧系统开发[D]. 焦运景.天津大学 2009
[4]压燃式天然气发动机燃烧过程模拟计算和试验研究[D]. 郑清平.天津大学 2006
硕士论文
[1]采用内置EGR的天然气发动机模拟及国Ⅴ试验研究[D]. 罗修超.西华大学 2016
[2]CNG/柴油双燃料发动机的开发与试验研究[D]. 张俊超.昆明理工大学 2015
[3]大缸径天然气发动机缸内燃烧过程数值模拟研究[D]. 邢小伟.山东大学 2013
[4]进气位置对重型天然气发动机各缸均匀性的影响[D]. 葛思非.吉林大学 2013
[5]CNG/柴油双燃料发动机进气道优化设计研究[D]. 王聘玺.吉林大学 2012
[6]船舶发动机天然气应用的关键技术研究[D]. 马志超.武汉理工大学 2012
[7]大马力天然气发动机工作过程数值模拟及分析[D]. 李春节.华中科技大学 2009
[8]燃烧室形状和喷气规律对天然气发动机燃烧的改善[D]. 黄晶慧.吉林大学 2007
[9]火花点火天然气发动机燃烧过程的多维数值模拟研究[D]. 沈国华.天津大学 2007
[10]天然气发动机均质稀燃的数值模拟与试验分析[D]. 汪源利.华中科技大学 2007
本文编号：3072763
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