焦炉气发动机工作过程数值模拟及性能优化研究

发布时间：2017-08-13 00:25

  本文关键词：焦炉气发动机工作过程数值模拟及性能优化研究

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【摘要】：焦炉气是炼焦工业的副产品,我国是世界第一大产煤国,每年产生大量的焦炉气,但其利用率极低,“直排大气”或“点天灯”燃烧的方式更是造成极大的资源浪费和大气污染。焦炉气的主要组分为氢气和甲烷,理论上可作为内燃机的清洁代用燃料,但较多的杂质和成分的不稳定阻碍了其在内燃机,特别是在车用内燃机上的应用。本文的研究是贵州省重大科技专项计划项目“焦炉气汽车关键技术研究与示范应用”的一部分,通过对焦炉气在车用内燃机上的燃烧过程进行仿真模拟,为焦炉气在内燃机上的应用提供理论支撑。 焦炉气含有多种燃烧特性不同的组分,传统内燃机三维仿真软件提供的燃烧模型不适用于其缸内燃烧过程。本文在深入分析焦炉气各组分燃烧过程详细化学反应动力学机理的基础上,采用敏感性分析的方法,获得了焦炉气在内燃机中燃烧简化机理的骨架组分和反应；经过对比简化机理和详细机理的层流火焰传播速度及滞燃期优化了简化机理的各项参数；通过与详细机理的仿真结果对比,验证了本文简化机理的模拟精度；采用GT-Power和AVL FIRE软件分别构建了焦炉气发动机工作过程的一维及三维数学模型,并在三维模型中耦合了简化的化学反应机理,发动机台架试验的结果验证了本文所搭建数学模型的准确性。 最后,利用本文搭建的数学模型,对焦炉气在内燃机中的工作过程及燃烧特性进行了仿真模拟,并对压缩比和点火能量对发动机工作过程的影响进行了深入研究。结果表明,内燃机燃用焦炉气会造成动力性下降,但可以通过适当增大压缩比和点火能量的方法加以改善。
【关键词】：焦炉气 数值模拟计算 简化机理 压缩比 点火能量
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK401
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 插图目录9-11
• 表格目录11-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 引言12-15
• 1.2 气体燃料发动机燃烧过程模拟研究现状15-18
• 1.2.1 气体燃料发动机的研究现状15-17
• 1.2.2 化学反应动力学机理简化的研究现状17-18
• 1.3 论文主要内容及结构安排18-20
• 第2章 焦炉气发动机燃烧化学反应机理简化20-35
• 2.1 化学反应动力学反应机理的研究20-21
• 2.2 详细化学反应机理的简化方法21-24
• 2.2.1 敏感性分析法21-22
• 2.2.2 准稳态近似法22-23
• 2.2.3 计算奇异摄动法23-24
• 2.3 GRI-Mech3.0的简化及验证24-34
• 2.3.1 CHEMKIN软件介绍24-25
• 2.3.2 详细机理简化过程25-31
• 2.3.3 简化机理的验证31-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第3章 发动机工作过程数学模型的建立35-50
• 3.1 几何模型和计算网格的建立35-38
• 3.1.1 几何模型的建立35-36
• 3.1.2 计算网格的建立36-38
• 3.2 模型及算法的选取38-41
• 3.2.1 基本控制方程38-39
• 3.2.2 湍流模型的选取39-40
• 3.2.3 算法的选择40-41
• 3.3 化学动力学模型的耦合41-43
• 3.4 初边值条件的确定43-44
• 3.4.1 边界条件定义43-44
• 3.4.2 初始条件定义44
• 3.5 模型试验验证44-48
• 3.5.1 试验测试设备45-46
• 3.5.2 计算结果与试验结果的对比46-48
• 3.6 本章小结48-50
• 第4章 焦炉气发动机工作过程数值模拟计算及分析50-71
• 4.1 焦炉气发动机与汽油及天然气发动机对比50-54
• 4.1.1 点火提前角对不同燃料动力性的影响50-51
• 4.1.2 发动机转速对不同燃料动力性的影响51-53
• 4.1.3 焦炉气与天然气发动机燃烧过程对比53-54
• 4.2 压缩比对焦炉气发动机工作过程的影响54-60
• 4.2.1 压缩比对焦炉气发动机动力性的影响54-55
• 4.2.2 压缩比对焦炉气发动机燃烧过程的影响55-57
• 4.2.3 压缩比对缸内流场的影响57-60
• 4.3 点火能量对焦炉气发动机工作过程的影响60-69
• 4.3.1 点火能量对焦炉气发动机动力性的影响60-62
• 4.3.2 点火能量对焦炉气发动机燃烧过程的影响62-64
• 4.3.3 点火能量对缸内流场的影响64-69
• 4.4 本章小结69-71
• 第5章 总结与展望71-73
• 5.1 全文总结71-72
• 5.2 工作展望72-73
• 参考文献73-76

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本文编号：664461