柴油引燃天然气发动机燃烧过程三维仿真研究

发布时间：2017-06-14 05:06

  本文关键词：柴油引燃天然气发动机燃烧过程三维仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着能源危机和环境问题日益严重,传统化石燃料发动机已经不能满足发展要求,因此积极研究和开发替代燃料发动机显得尤为重要。近年来,随着替代燃料发动机的不断发展,天然气发动机由于自身优势而成为了研究焦点。但是天然气发动机在稀燃条件下点火困难,传统高能点火方式由于结构复杂、使用成本高等缺点已经不能很好的满足要求。相比之下,柴油引燃天然气发动机由于结构简单、点火可靠性更高而成为了研究热点。目前,国内外对柴油引燃天然气发动机的研究多集中在发动机动力性、经济性和排放性能方面,而对缸内燃烧过程的研究较少,特别是对引燃过程的研究更少。实际上,引燃柴油量、喷油时刻、喷油持续期、喷孔大小、喷油器位置、天然气混合气浓度等会对缸内燃烧过程产生很大影响,进而影响发动机性能。为深入探究不同参数对柴油引燃天然气发动机燃烧过程的影响,本文用CATIA软件建立了发动机燃烧室三维几何模型,然后在AVL-FIRE软件中建立了天然气发动机柴油引燃的三维仿真模型,深入开展了引燃柴油量、引燃柴油喷油时刻、引燃柴油喷油持续期、天然气混合气浓度等对缸内燃烧过程影响的仿真研究。同时,还采取“减法”方法用“柴油+天然气”总燃烧状态参数减去相同条件下引燃柴油单独压缩着火时的燃烧状态参数,对柴油和天然气进行热解耦,进行了天然气引燃过程的初步研究。在本文的研究条件下,研究结果表明:随着引燃柴油量的增加,峰值压力、峰值温度、峰值放热率最大分别提高约27%、3%、5%,柴油和天然气混合燃烧越明显,燃烧放热波动小,引燃过程更稳定;随着喷油时刻延迟,峰值压力、峰值温度最大分别下降约23%、3.17%,缸内柴油和天然气混合气燃烧效应增强,引燃过程更稳定;随着喷油持续期延长,峰值压力、峰值温度最大分别下降约25%、2.8%,柴油和天然气燃烧放热波动较大,混合燃烧减弱,引燃过程不稳定;随着天然气混合气浓度下降,峰值压力、峰值温度、峰值放热率最大分别下降约28%、14%、56%。在引燃柴油喷油参数一定时且天然气能被引燃的条件下,缸内引燃过程对天然气混合气浓度的敏感度较低。本文的研究成果对于研究柴油引燃天然气发动机的燃烧机理和开发高性能双燃料发动机具有一定的参考价值。
【关键词】：柴油引燃 天然气发动机 燃烧过程 引燃过程 三维仿真研究
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK401
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 课题研究的背景及意义9-10
• 1.2 HCII和HCCI发动机特点及代用燃料发动机发展概况10-15
• 1.2.1 HCII和HCCI发动机特点10-12
• 1.2.2 代用燃料发动机12-14
• 1.2.3 排放法规14-15
• 1.3 柴油引燃天然气发动机研究现状15-19
• 1.3.1 柴油引燃天然气发动机国外研究现状15-16
• 1.3.2 柴油引燃天然气发动机国内研究现状16-19
• 1.4 本文的主要研究内容19-20
• 1.5 本章小结20-21
• 第二章 柴油引燃天然气发动机仿真平台建立21-32
• 2.1 仿真平台建立的理论依据21-22
• 2.2 仿真模型建立22-26
• 2.2.1 几何模型建立及网格划分22-24
• 2.2.2 初始条件及参数设置24-26
• 2.3 本文研究选用的计算模型26-30
• 2.3.1 湍流模型26-27
• 2.3.2 喷雾模型27-29
• 2.3.3 燃烧模型29-30
• 2.4 模型验证30
• 2.5 本章小结30-32
• 第三章 柴油引燃天然气发动机燃烧过程影响因素研究32-62
• 3.1 引燃柴油量对缸内燃烧过程的影响32-39
• 3.1.1 引燃柴油量对缸内燃烧温度和压力的影响33-34
• 3.1.2 引燃柴油量对缸内燃烧放热特性的影响34-36
• 3.1.3 引燃柴油量对缸内温度场的影响36-37
• 3.1.4 引燃柴油量对缸内火焰面密度的影响37-38
• 3.1.5 引燃柴油量对缸内燃烧反应速度的影响38-39
• 3.2 引燃柴油喷油时刻对缸内燃烧过程的影响39-46
• 3.2.1 喷油时刻对缸内燃烧温度和压力的影响40
• 3.2.2 喷油时刻对缸内燃烧放热特性的影响40-43
• 3.2.3 喷油时刻对缸内温度场的影响43-44
• 3.2.4 喷油时刻对火焰面密度的影响44-45
• 3.2.5 喷油时刻对缸内燃烧反应速度的影响45-46
• 3.3 引燃柴油喷油持续期对缸内燃烧过程的影响46-54
• 3.3.1 喷油持续期对缸内燃烧温度和压力的影响46-47
• 3.3.2 喷油持续期对缸内燃烧放热特性的影响47-50
• 3.3.3 喷油持续期对缸内温度场的影响50-51
• 3.3.4 喷油持续期对火焰面密度的影响51-52
• 3.3.5 喷油持续期对燃烧反应速度的影响52-54
• 3.4 天然气混合气浓度对缸内燃烧过程的影响54-60
• 3.4.1 天然气混合气浓度对缸内温度和压力的影响54-55
• 3.4.2 天然气混合气浓度对缸内燃烧放热特性的影响55-57
• 3.4.3 天然气混和气浓度对缸内温度场的影响57-58
• 3.4.4 天然气混合气浓度对火焰面密度的影响58-59
• 3.4.5 天然气混合气浓度对燃烧反应速度的影响59-60
• 3.5 本章小结60-62
• 第四章 柴油引燃天然气发动机引燃过程影响因素研究62-78
• 4.1 引燃柴油量对缸内引燃过程的影响62-66
• 4.1.1 引燃柴油量在引燃过程中对燃烧放热率的影响62-64
• 4.1.2 引燃柴油量在引燃过程中对燃烧火焰面密度的影响64-66
• 4.2 引燃柴油喷油持续期对引燃过程的影响66-70
• 4.2.1 喷油持续期在引燃过程中对燃烧放热率的影响66-68
• 4.2.2 喷油持续期在引燃过程中对燃烧火焰面密度的影响68-70
• 4.3 引燃柴油喷油时刻对引燃过程的影响70-74
• 4.3.1 喷油时刻在引燃过程中对燃烧放热率的影响70-72
• 4.3.2 喷油时刻在引燃过程中对燃烧火焰面密度的影响72-74
• 4.4 天然气混合气浓度对引燃过程的影响74-76
• 4.4.1 天然气混合气浓度在引燃过程中对燃烧放热率的影响74-75
• 4.4.2 天然气混合气浓度在引燃过程中对燃烧火焰面密度的影响75-76
• 4.5 本章小结76-78
• 第五章 结论与展望78-80
• 5.1 结论78-79
• 5.2 展望79-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-85
• 在学期间发表的论文和取得的学术成果85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 简迎新;;天然气发动机应用中的问题及发展方向[J];能源与环境;2008年01期

2 王跃;蔡继业;;发动机研发过程当中CFD软件的应用[J];农机化研究;2006年01期

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本文编号：448547