掺氢天然气HCCI发动机燃烧特性模拟研究

发布时间：2017-06-06 07:14

  本文关键词：掺氢天然气HCCI发动机燃烧特性模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着不可再生的石油资源的日趋减少和人们环保意识的不断提高,内燃机代用燃料逐渐受到人们的重视。我国天然气储量丰富,其成本为仅为石油的1/3,且燃烧后所排放的有害物质少于石油,如果能将天然气作为内燃机的替代燃料,不仅可以做到缓和内燃机燃料危机的问题,同时可以减少污染物的排放。众多学者对内燃机的替代燃料做过研究,其中天然气掺氢技术受到了学者的高度重视,这种混合燃料对未来汽车行业的发展有着深远的意义和影响。 文中利用Chemkin软件中的发动机单区模型,针对掺氢比在5%及5%以下的天然气HCCI内燃机的燃烧特性进行了模拟研究。以VolvoTD100发动机为原型进行建模,模拟计算了天然气成分为甲烷90%,乙烷10%的HCCI内燃机的燃烧情况,并与文献当中的相关数据进行了对比,模拟计算得到的缸内压力和缸内温度要略高于实验的结果,这是因为,模拟计算忽略了气缸壁的热量损失,且假定气缸内各处的温度和压力都是相同的,而实际情况是各点的温度应该略有不同；在缸径为100mm、冲程120mm、转速1000rpm、压缩比为16的单缸发动机上研究了不同掺氢比(0%、2%、5%)对天然气HCCI内燃机燃烧特性的影响,随着掺氢比的增加,着火时刻显著提前,放热率升高,氮氧化物排放增加,缸内压力和缸内温度有一定提升,这是因为氢气的燃烧速度要比天然气快,点火能量低且稀燃极限宽,在天然气中添加少量的氢气会对内燃机的燃烧有明显的促进作用,提高混合气的燃烧速率,拓宽稀燃极限；在缸径为100mm、冲程120mm的单缸发动机上模拟计算了不同进气温度、进气压力、压缩比、转速和过量空气系数对5%体积掺氢比的天然气HCCI内燃机燃烧特性的影响,进气温度和进气压力的变化对掺氢天然气发动机影响较大,两者的提高都能够使着火时刻提前,压缩比越大,缸内压力和缸内温度越高,氮氧化物排放越多,提高过量空气系数有利于降低NO排放,转速对掺氢天然气发动机的影响较小；利用Chemkin软件中的发动机多区模型,通过化学反应路径分析模块,对掺氢天然气HCCI内燃机的NOx生成机理进行分析,探究NO在发动机气缸内的主要生成区域和主要生成路径。
【关键词】：天然气 氢气 均质压燃 燃烧模拟
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK431
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 天然气发动机的研究背景与意义9-10
• 1.2 内燃机替代燃料10-13
• 1.2.1 气体替代燃料11
• 1.2.2 液体替代燃料11-13
• 1.3 HCCI内燃机介绍13-14
• 1.4 HCCI内燃机数值模拟现状14-16
• 1.4.1 单区模型14-15
• 1.4.2 多区模型15
• 1.4.3 多维模型15-16
• 1.5 天然气化学反应动力学机理16-17
• 1.6 掺氢天然气HCCI内燃机的研究进展17-20
• 1.7 本文的研究内容20-21
• 2 HCCI内燃机数值模拟数学模型21-29
• 2.1 计算模型21-24
• 2.1.1 控制方程21-23
• 2.1.2 发动机模型23-24
• 2.2 计算求解24-28
• 2.3 本章小结28-29
• 3 计算结果分析29-53
• 3.1 天然气HCCI内燃机燃烧过程分析29-31
• 3.2 不同掺氢量对天然气HCCI内燃机燃烧的影响31-36
• 3.2.1 缸内温度和压力32-33
• 3.2.2 NO、NO_2摩尔分数33-34
• 3.2.3 甲烷、氢气摩尔分数34-35
• 3.2.4 CO摩尔分数35-36
• 3.3 初始参数对掺燃烧的影响36-47
• 3.3.1 进气温度的影响37-39
• 3.3.2 进气压力的影响39-41
• 3.3.3 压缩比的影响41-43
• 3.3.4 转速的影响43-45
• 3.3.5 过量空气系数的影响45-47
• 3.4 氮氧化物排放47-51
• 3.4.1 NO_x生成机理47-49
• 3.4.2 NO生成路径49-51
• 3.5 本章小结51-53
• 4 结论与展望53-55
• 4.1 结论53-54
• 4.2 展望54-55
• 参考文献55-58
• 附录A 符号说明58-59
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况59-60
• 致谢60-61

【参考文献】

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本文编号：425674