预燃室式天然气掺氢发动机燃烧及排放特性的模拟研究

发布时间：2022-07-27 12:22

　　内燃机的应用为人类生产生活带来巨大便利,但同时也导致石油资源的紧缺和环境污染等问题,寻找清洁的替代燃料成为缓解这些问题的重要途径,因此天然气在内燃机中的清洁高效利用日益受到关注。天然气具有价格低廉、排放污染低以及储存量大等优点,同时存在着火温度高、火焰传播速率慢等缺点,导致稀燃点火困难、易发生爆震等问题。为解决这些问题,在大缸径的天然气发动机上采用预燃室式分层稀薄燃烧方式,在预燃室内形成当量比约为1.0的混合气,燃烧产生湍流火焰射流,点燃主燃烧室内的稀薄混合气,可以提高点火可靠性并加速火焰传播速率,还可实现超低的NO_x排放,满足严格的非道路及船舶发动机NO_x排放标准。此外,在天然气中掺氢也是提高火焰传播速率的重要方法,同时还可以降低着火温度和扩宽稀燃极限。因此,在大功率天然气发动机中,结合预燃室式分层稀薄燃烧与掺氢这两种技术手段,有望进一步改善发动机性能。本文以6ACD320G预燃室式天然气发动机为研究对象,采用计算流体动力学和化学反应动力学耦合的数值模拟方法计算发动机燃烧过程,对预燃室的几何结构进行优化,然后基于优化的预燃室结构,研究掺氢比... 

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 天然气和氢气的理化性质
    1.3 天然气掺氢发动机的研究现状
        1.3.1 国内研究现状
        1.3.2 国外研究现状
    1.4 发动机预燃室燃烧系统
    1.5 本文研究内容
第二章 发动机计算模型建立及验证
    2.1 研究对象
    2.2 数值模型的建立
        2.2.1 数值模型
        2.2.2 几何模型和网格划分
        2.2.3 边界条件和初始条件
    2.3 计算模型的验证
    2.4 本章小节
第三章 基于响应面法的预燃室结构参数优化设计研究
    3.1 响应面法的基本思想
    3.2 响应面法的构建与全局寻优
        3.2.1 预燃室结构的响应面法计算方案和仿真结果
        3.2.2 预燃室结构参数响应面函数的构建
        3.2.3 响应面函数的显著性检验和降维分析
        3.2.4 基于响应面法的预燃室结构参数全局寻优
    3.3 预燃室结构参数的影响
        3.3.1 预燃室体积比的影响
        3.3.2 预燃室喷孔夹角的影响
        3.3.3 预燃室喷孔孔径的影响
    3.4 本章小节
第四章 天然气掺氢对射流点火发动机燃烧和排放特性的影响
    4.1 天然气掺氢对预燃室内燃烧及流动特性的影响
        4.1.1 掺氢对预燃室内燃烧特性的影响
        4.1.2 掺氢对预燃室内流动特性的影响
    4.2 天然气掺氢对主燃室内燃烧及流动特性的影响
        4.2.1 天然气掺氢对主燃室内燃烧特性的影响
        4.2.2 天然气掺氢对主燃室内流动特性的影响
        4.2.3 天然气掺氢对主燃室内自由基生成的影响
    4.3 天然气掺氢对发动机性能和排放的影响
        4.3.1 天然气掺氢对性能的影响
        4.3.2 天然气掺氢对排放特性的影响
    4.4 本章小节
第五章 天然气掺氢射流点火发动机稀薄燃烧特性的研究
    5.1 过量空气系数的影响
        5.1.1 过量空气系数对燃烧特性的影响
        5.1.2 过量空气系数对性能的影响
        5.1.3 过量空气系数对排放特性的影响
    5.2 点火正时的影响
        5.2.1 点火正时对燃烧特性的影响
        5.2.2 点火正时对性能的影响
        5.2.3 点火正时对排放特性的影响
    5.3 本章小节
第六章 全文总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文及其科研成果



本文编号：3665447