端面进气天然气掺氢转子发动机燃烧过程的数值模拟研究

发布时间：2023-05-11 00:36

　　转子发动机是往复式活塞发动机之外的又一种高效内燃机,因其结构简单、零部件少、运转平稳、可燃用多种燃料等优点而被广泛应用于军事和民用领域。近年来,随着传统石油能源危机和环境污染问题的加剧,多种新型替代燃料被广泛尝试应用在了转子发动机上,比如:天然气、氢气、生物柴油等。其中,天然气作为一种储量丰富、清洁、高效的气体燃料被认为转子发动机理想燃料之一。但是,转子发动机狭长的燃烧室和单向流动不利于燃烧火焰向周围快速传播,而当燃用天然气时,天然气较慢的燃烧速度会进一步加剧这一问题。对此,通过在天然气转子发动机掺混氢气进行燃烧可以有效解决天然气燃烧速度慢的问题。此外,不可忽略的是,转子发动机的独特结构和运行方式导致了其径向密封漏气的固有缺陷,而一旦采用天然气和氢气这两种气体燃料,气体燃料会因径向密封的缺陷而产生严重的泄露。因此,在考虑径向密封漏气的前提下深入研究天然气掺氢转子发动机的工作过程,对该型转子发动机性能的提升具有重要的学术和实用价值。本文以端面进气天然气掺氢转子发动机为研究对象,通过分析现有的研究动态,明确了提升该型发动机燃烧效率的研究重点应该聚集在缸内混合气的形成和燃烧机理上。为此,本文...

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 转子发动机的原理及优缺点
        1.2.1 转子发动机的结构
        1.2.2 转子发动机的工作原理
        1.2.3 转子发动机的优缺点
    1.3 国内外转子发动机发展及应用现状
        1.3.1 国外转子发动机发展及应用现状
        1.3.2 国内转子发动机发展及应用现状
    1.4 国内外转子发动机研究进展
        1.4.1 国外转子发动机研究进展
        1.4.2 国内转子发动机研究进展
    1.5 天然气掺氢转子发动机
        1.5.2 天然气掺氢发动机的特点
        1.5.3 天然气掺氢转子发动机的研究现状
    1.6 本文研究的主要内容和意义
第二章 计算模型的建立与验证
    2.1 物理模型的建立
        2.1.1 结构模型
        2.1.2 网格划分
    2.2 数学模型的建立
        2.2.1 基本控制方程
        2.2.2 湍流模型
        2.2.3 燃烧模型
        2.2.4 简化反应机理
        2.2.5 污染物NO生成模型
        2.2.6 边界条件的设定
    2.3 数学模型的验证
        2.3.1 湍流模型的验证
        2.3.2 燃烧模型的验证
    2.4 本章小结
第三章 径向密封漏气作用下转子发动机缸内流场的形成机理
    3.1 径向密封漏气计算方案的制定
    3.2 径向密封漏气对燃烧室内速度场演变的影响
        3.2.1 进气冲程前期的速度场
        3.2.2 进气冲程后期的速度场
        3.2.3 压缩冲程前期的速度场
        3.2.4 压缩冲程后期的速度场
    3.3 径向密封漏气对发动机充量系数的影响
    3.4 径向密封漏气对缸内压力的影响
    3.5 径向密封漏气对缸内湍动能的影响
    3.6 本章小结
第四章 氢气喷射位置对天然气掺氢转子发动机缸内燃烧过程的影响
    4.1 氢气喷射位置计算方案的制定
    4.2 氢气喷射位置对缸内混合气形成过程的影响
        4.2.1 氢气在缸体上部位置喷射下缸内混合气的形成过程
        4.2.2 氢气在缸体中部位置喷射下缸内混合气的形成过程
        4.2.3 氢气在缸体下部位置喷射下缸内混合气的形成过程
    4.3 氢气喷射位置对燃烧过程和污染物生成的影响
        4.3.1 氢气喷射位置对燃烧过程的影响
        4.3.2 氢气喷射位置对NO排放的影响
    4.4 本章小结
第五章 氢气喷射角度对天然气掺氢转子发动机缸内燃烧过程的影响
    5.1 氢气喷射角度计算方案的制定
    5.2 氢气喷射角度对缸内混合气形成的影响
        5.2.1 390°CA(BTDC)氢气喷射时刻下不同喷射角度的缸内混合气形成过程
        5.2.2 290°CA(BTDC)氢气喷射时刻下不同喷射角度的缸内混合气形成过程
        5.2.3 190°CA(BTDC)氢气喷射时刻下不同喷射角度的缸内混合气形成过程
    5.3 氢气喷射角度对燃烧过程和污染物生成的影响
        5.3.1 氢气喷射角度对燃烧过程的影响
        5.3.2 氢气喷射角度对NO排放的影响
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 论文创新点
    6.3 建议与展望
参考文献
致谢
硕士期间的研究成果



本文编号：3813806