预燃室式分层稀燃气体发动机的燃烧和排放特性研究

发布时间：2017-08-17 18:28

  本文关键词：预燃室式分层稀燃气体发动机的燃烧和排放特性研究

  更多相关文章： 天然气发动机 预燃室 分层稀燃 燃烧特性 数值模拟

【摘要】：天然气以其储量丰富、价格低廉和排放污染低等特点发展成为一种具有广泛前景的代用燃料。大力发展天然气发动机可以替代部分柴油机和汽油机,并减少对环境的污染。通常气体发动机采用稀薄燃烧技术即可达到当前排放法规的要求,且不需要增加后处理装置。但是为了解决稀薄燃烧状况下气体发动机燃烧不稳定和循环变动大等问题,需要采用点火增益方法来替代常规的火花塞。本文采用了预燃室燃烧系统,在预燃室中,通过加浓喷射形成浓稀混合气分层着火,从而增强了点火增益能量,增大了缸内湍流强度,加速了火焰的传播速度,提高了发动机的热效率。本文运用CONVERGE软件对预燃室燃烧系统进行了数值模拟。分别分析了预燃室结构参数(通道数目、β值、通道夹角)、主燃烧室的结构参数及运行参数(点火提前角、加浓喷射策略)对预燃室混合气形成及发展过程的影响,研究了各参数下预燃室燃烧系统的燃烧及排放的特性。着重揭示各参数下预燃室混合气形成过程、燃烧过程和排放生成的规律。全文研究工作主要包括:(1)通过比较不同预燃室方案下燃烧系统的燃烧性能,优选4通道、β值0.35、通道夹角140°方案,该方案下预燃室内混合气分布均匀,能实现天然气的稳定及快速燃烧。(2)通过研究不同点火提前角方案下燃烧系统的燃烧性能,发现采用点火提前角为18°时,可以兼顾指示功率、燃料消耗率及NOx排放。此刻,相较于原机而言,指示功率提高了11.4%,指示燃料消耗率降低了6.8%,NOx降低了43.5%。(3)通过研究加浓喷射定时和喷射量,发现加浓喷射量不宜过高,且加浓喷射定时提前时效果更佳。研究机型下,方案16的喷射策略较为适合。(4)主燃烧室结构对预燃室系统缸内燃烧也有较大的影响,燃烧室结构的不同改变了缸内火焰发展进程,敞口形燃烧室可有效提高缸内空气利用率,加速混合气的燃烧,提高热效率。
【关键词】：天然气发动机 预燃室 分层稀燃 燃烧特性 数值模拟
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK401
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 天然气的燃料特性12-14
• 1.3 天然气发动机的国内外研究现状14-15
• 1.3.1 国内研究现状14-15
• 1.3.2 国外研究现状15
• 1.4 天然气发动机的分类及技术应用15-20
• 1.4.1 天然气发动机的分类16-17
• 1.4.2 天然气发动机的技术应用17-20
• 1.4.2.1 稀薄燃烧17-18
• 1.4.2.2 米勒循环18-19
• 1.4.2.3 EGR19-20
• 1.5 发动机燃烧数值模拟及其软件介绍20-21
• 1.6 本课题的主要研究内容和意义21-23
• 第二章 12V190燃气发动机的一维模拟23-28
• 2.1 一维CFD计算模型的建立23-26
• 2.1.1 研究对象23
• 2.1.2 天然气发动机的BOOST模型23-24
• 2.1.3 全局控制参数设置24-25
• 2.1.4 增压器参数选取25
• 2.1.5 节气门参数选取25
• 2.1.6 缸内参数的设置25-26
• 2.2 模型的验证26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 预燃室燃烧系统的介绍及设计28-32
• 3.1 引言28
• 3.2 预燃室系统的介绍28-29
• 3.3 预燃室的设计29-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第四章 三维模型的建立和验证及预燃室燃烧系统工作过程分析32-42
• 4.1 三维模型的建立与验证32-37
• 4.1.1 仿真分析流程32
• 4.1.2 计算网格32-33
• 4.1.3 湍流模型33-35
• 4.1.4 燃烧模型35
• 4.1.5 排放模型35
• 4.1.6 边界条件35-36
• 4.1.7 计算模型验证36-37
• 4.2 预燃室燃烧系统工作过程与原机的对比分析37-41
• 4.2.1 预燃室系统加浓过程分析38
• 4.2.2 温度场分析38-39
• 4.2.3 燃烧参数分析39-40
• 4.2.4 预燃室系统缸内过量空气系数的选取40-41
• 4.3 本章小结41-42
• 第五章 预燃室结构方案的对比优化42-59
• 5.1 预燃室通道数目对燃烧系统的影响42-47
• 5.1.1 预燃室通道数目对预燃室浓度场的影响42-43
• 5.1.2 预燃室通道数目对温度场的影响43-45
• 5.1.3 预燃室通道数目对湍动能的影响45
• 5.1.4 预燃室通道数目对燃烧参数的影响45-47
• 5.2 预燃室 β 值对燃烧系统的影响47-51
• 5.2.1 预燃室 β 值对预燃室浓度场的影响47-48
• 5.2.2 预燃室 β 值对温度场的影响48-49
• 5.2.3 预燃室 β 值对湍动能的影响49-50
• 5.2.4 预燃室 β 值对燃烧参数的影响50-51
• 5.3 预燃室通道夹角对燃烧系统的影响51-56
• 5.3.1 预燃室通道夹角对预燃室浓度场的影响52-53
• 5.3.2 预燃室通道夹角对温度场的影响53-54
• 5.3.3 预燃室通道夹角对NO分布的影响54-55
• 5.3.4 预燃室通道夹角对燃烧参数的影响55-56
• 5.4 点火提前角对燃烧参数的影响56-58
• 5.5 本章小结58-59
• 第六章 加浓喷射策略及主燃烧室结构的对比分析59-69
• 6.1 加浓喷射量对燃烧系统的影响59-62
• 6.1.1 加浓喷射量对预燃室浓度场的影响59-60
• 6.1.2 加浓喷射量对燃烧参数的影响60-62
• 6.2 加浓喷射定时对燃烧系统的影响62-64
• 6.2.1 加浓喷射定时对预燃室浓度场的影响62-63
• 6.2.2 加浓喷射定时对燃烧参数的影响63-64
• 6.3 主燃烧室结构对燃烧系统的影响64-68
• 6.3.1 主燃烧室结构对预燃室浓度场的影响64-65
• 6.3.2 主燃烧室结构对温度场的影响65-66
• 6.3.3 主燃烧室结构对NO分布的影响66-67
• 6.3.4 主燃烧室结构对燃烧参数的影响67-68
• 6.4 本章小结68-69
• 第七章 总结与展望69-72
• 7.1 论文总结69-70
• 7.2 工作展望70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 在学期间发表的学术论文及其科研成果77
• 参加的科研项目77

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 付国兰;具有扫气预燃室的单缸分层给气发动机的研究[J];小型内燃机;1980年04期

2 ;万源电厂一号炉预燃室改进后的试验小结[J];华北电力技术;1984年12期

3 王维东,王致均,肖朝文,张力;增压沸腾床用预燃室点火的试验研究[J];重庆大学学报(自然科学版);1985年01期

4 刘志东;;渐扩型预燃室的设计及试验研究[J];西南电力技术;1985年06期

5 张善荣;;关于预燃室容积和喷孔截面对整机性能影响的模拟计算[J];大连铁道学院学报;1985年03期

6 钱永庄;淮南~#4炉高能点火预燃室完善化应用[J];华东电力;1986年10期

7 焦秦生;;煤粉预燃室的设计与运行[J];中氮肥;1986年06期

8 张晖;400t/h锅炉加装预燃室的实践[J];华东电力;1987年10期

9 张德超,陈念祖;大速差预燃室的试验研究[J];华东电力;1988年12期

10 陈以理;直流式预燃室的试验和应用[J];动力工程;1990年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 陈良;预燃室式分层稀燃气体发动机的燃烧和排放特性研究[D];江苏大学;2016年

2 李建宁;气体燃料船用主机预燃室组件传热研究[D];大连理工大学;2014年

3 曲闯;气体燃料船用主机预燃室加浓喷射过程研究[D];大连理工大学;2014年

4 李校培;基于航空洁净燃烧概念的双旋流预燃室的数值模拟[D];南京航空航天大学;2011年

5 张春焕;气体燃料船用主机工作过程三维数值模拟研究[D];大连理工大学;2013年

，

本文编号：690454