双火花塞点火直喷甲醇发动机燃烧及排放的仿真研究

发布时间：2017-09-12 19:16

  本文关键词：双火花塞点火直喷甲醇发动机燃烧及排放的仿真研究

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【摘要】：在能源问题及环境污染问题日益突出的背景下,寻找一种适合我国能源结构的新型可替代能源燃料已为迫在眉睫的事情。甲醇作为一种最具潜力的代用燃料,不仅有着与汽油、柴油相媲美的运输、应用以及存储方便等优势,并且具有较佳的燃烧及排放性能,然而冷启动困难、非常规排放高等问题也存在于甲醇发动机中。本文以一款缸内直喷点燃式汽油机为原型建立了双火花塞甲醇发动机模型,通过仿真计算与分析,研究了双火花塞结构对点火真喷甲醇发动机冷启动及稳态工况燃烧和排放的影响规律,为处理甲醇在实际应用中存在的困难提供了新的思路。首先,利用样机的实验数据对燃烧模型进行了有效验证;其次,研究了双火花塞结构下的双火花塞位置、点火正时、喷油正时、燃空当量比对甲醇发动机冷启动及稳态工况燃烧和排放性能的影响。结果表明,当双火花塞与燃烧室中心距离增加时,气缸压力和缸内温度的峰值逐步减小,放热率峰值呈现先增后减的趋势,其峰值出现角度逐渐推迟;未燃甲醇排放质量越来越高;火焰传播速度越来越快;两个火花塞间距太大会使SOOT排放增加,两个火花塞间距太小会使NO_X污染严重。冷启动工况下,随着喷油正时的推迟,缸压、缸温及放热率的峰值逐渐增加,峰值对应的角度也越来越提前,在70°CA BTDC时各峰值达到最大值,喷油正时再推迟时各峰值又有所减小;火焰发展期及未燃甲醇排放质量也随喷油正时的推迟而降低,在70°CA BTDC时两者都达到最小值,喷油正时再推迟时两者又逐渐回升;NO_X排放质量随喷油时刻的推迟而增大,在70°CA BTDC喷油提前角时达到最大值,喷油再推迟时其排放质量开始下降;SOOT排放质量随喷油时刻提前而减小,在70°CA BTDC喷油提前角时达到最小值,喷油提前角再推迟时其排放质量开始上升。冷启动工况给定燃空当量比及喷油正时的条件下,气缸压力、缸内温度及放热率的峰值随着点火正时的提前逐步增加,各峰值对应的角度逐渐提前;点火正时对双火花塞甲醇发动机火焰发展期的影响并不显著;未燃甲醇排放质量随着点火正时的提前而慢慢减小,NO_X排放质量随点火正时的提前而呈递增趋势,SOOT排放质量有随着点火正时的提前而逐步降低的趋势。综合考虑燃烧与排放的因素,点火正时为21°CA BTDC最佳点火提前角。冷启动工况双火花塞点火方式下,随着燃空当量比的增加,气缸压力、缸内温度及放热率的峰值逐步增加。与单火花塞相比,采用双火花塞点火方式提高了火焰传播速率,减少了燃烧持续期,能够实现甲醇发动机快速稳定燃烧,提高了甲醇发动机的性能,使得单火花塞点火方式下燃空当量比为1的气缸压力、缸内温度及放热率峰值不及双火花塞点火方式下稀燃状态(φ=0.9),单火花塞下各峰值对应角度也有所推迟。除此之外,采用双火花塞点火方式使得未燃甲醇排放质量减少。稳态工况下,随着喷油正时的提前,气缸压力、缸内温度及放热率的峰值越来越高,各峰值对应的角度也逐渐提前;火焰发展期、未燃甲醇排放质量及SOOT排放质量随着喷油正时的提前呈递减趋势,NO_X排放质量随着喷油正时的提前逐渐增加。喷油正时在110°CA BTDC时两火花塞附近能够形成良好的浓度梯度。稳态工况下,缸内压力及气缸温度的峰值随着点火正时的提前逐步增大;火焰发展期随点火正时的提前呈递增趋势;未燃甲醇排放质量随着点火正时的提前逐渐减小,NO_X排放质量随着点火正时的提前逐步增大,SOOT排放质量随点火提前角的提前逐步减少。
【关键词】：直喷甲醇发动机 双火花塞点火 燃烧 排放 模拟
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK401
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-27
• 1.1 引言11-14
• 1.2 可替代燃料的简介14-15
• 1.3 甲醇燃料的基本简介及运用发展15-19
• 1.3.1 甲醇燃料的基本特性15-17
• 1.3.2 甲醇燃料应用中需要解决的问题17-18
• 1.3.3 甲醇燃料发展状况18-19
• 1.4 双火花塞点火技术研究现状19-24
• 1.5 CFD仿真技术在发动机研究中的应用及发展24
• 1.6 本文主要研究内容24-27
• 第2章 甲醇发动机模拟仿真平台的建立及验证27-39
• 2.1 甲醇发动机基本参数27-28
• 2.2 AVL-FIRE软件相关功能介绍28-34
• 2.2.1 FIRE软件基本物理控制方程28-29
• 2.2.2 FIRE软件主要模型简单介绍29-34
• 2.3 三维几何模型的建立处理与边界条件的设定34-36
• 2.3.1 几何模型建立34-35
• 2.3.2 计算网格的划分35-36
• 2.3.3 模型边界条件设置36
• 2.4 仿真平台硬件配置36-37
• 2.5 模型有效性验证37
• 2.6 本章小结37-39
• 第3章 双火花塞位置对甲醇发动机燃烧和排放的影响39-51
• 3.1 双火花塞位置对直喷甲醇发动机缸内燃烧的影响39-40
• 3.2 双火花塞位置对直喷甲醇发动机火焰面密度的影响40-43
• 3.3 双火花塞位置对直喷甲醇发动机温度场的影响43-44
• 3.4 双火花塞位置对直喷甲醇发动机未燃甲醇排放的影响44-46
• 3.5 双火花塞位置对直喷甲醇发动机NO_X及SOOT浓度场的影响46-49
• 3.6 本章小结49-51
• 第4章 双火花塞点火直喷甲醇发动机冷启动工况燃烧和排放仿真研究51-77
• 4.1 不同喷油正时对双火花塞点火直喷甲醇发动机冷启动燃烧和排放的影响51-60
• 4.1.1 不同喷油正时对双火花塞点火直喷甲醇发动机混合气浓度场及速度场的影响53-55
• 4.1.2 不同喷油正时对双火花塞点火直喷甲醇发动机火焰面密度的影响55-56
• 4.1.3 不同喷油正时对双火花塞点火直喷甲醇发动机温度场的影响56-57
• 4.1.4 不同喷油正时对双火花塞点火直喷甲醇发动机NO_X和SOOT浓度场的影响57-60
• 4.2 不同点火正时对双火花塞点火直喷甲醇发动机冷启动燃烧和排放的影响60-69
• 4.2.1 不同点火正时对双火花塞点火直喷甲醇发动机混合气浓度场及速度场的影响62-64
• 4.2.2 不同点火正时对双火花塞点火直喷甲醇发动机火焰面密度的影响64-65
• 4.2.3 不同点火正时对双火花塞点火直喷甲醇发动机温度场的影响65-67
• 4.2.4 不同点火正时对双火花塞点火直喷甲醇发动机NO_X和SOOT浓度场的影响67-69
• 4.3 不同燃空当量比对单双火花塞点火直喷甲醇发动机冷启动燃烧和排放的影响69-75
• 4.3.1 不同燃空当量比对单双火花塞点火直喷甲醇发动机火焰密度场的影响71-72
• 4.3.2 不同燃空当量比对单双火花塞点火直喷甲醇发动机温度场的影响72-73
• 4.3.3 不同燃空当量比对单双火花塞点火直喷甲醇发动机NO_X和SOOT浓度场的影响73-75
• 4.4 本章小结75-77
• 第5章 双火花塞点火直喷甲醇发动机稳态工况燃烧和排放的仿真研究77-97
• 5.1 不同喷油正时对双火花塞点火直喷甲醇发动机稳态工况燃烧和排放的影响77-86
• 5.1.1 不同喷油正时对双火花塞点火直喷甲醇发动机混合气浓度场及速度场的影响78-80
• 5.1.2 不同喷油正时对双火花塞点火直喷甲醇发动机火焰面密度的影响80-82
• 5.1.3 不同喷油正时对双火花塞点火直喷甲醇发动机温度场的影响82-83
• 5.1.4 不同喷油正时对双火花塞点火直喷甲醇发动机NO_X和SOOT浓度场的影响83-86
• 5.2 不同点火正时对双火花塞点火直喷甲醇发动机稳态工况燃烧排放影响86-95
• 5.2.1 不同点火正时对双火花塞点火直喷甲醇发动机混合气浓度场及速度场的影响87-90
• 5.2.2 不同点火正时对双火花塞点火直喷甲醇发动机火焰面密度的影响90-91
• 5.2.3 不同点火正时对双火花塞点火直喷甲醇发动机温度场的影响91-92
• 5.2.4 不同点火正时对双火花塞点火直喷甲醇发动机NO_X和SOOT浓度场的影响92-95
• 5.3 本章小结95-97
• 第六章 全文总结及工作展望97-99
• 6.1 全文总结97-98
• 6.2 工作展望98-99
• 参考文献99-105
• 致谢105

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 宫长明;彭乐高;孙景震;王康;李栋;陈天翔;;喷嘴开启压力对DISI甲醇发动机燃烧和排放的影响[J];车用发动机;2015年03期

2 宫长明;彭乐高;张自雷;陈天翔;李栋;;DISI甲醇发动机分层稀薄燃烧试验研究[J];车用发动机;2014年06期

3 尚会超;张力;陈海;李飞;黄永生;;汽油机双火花塞燃烧室点火控制策略的测试分析[J];内燃机工程;2014年06期

4 尚会超;肖龙;郭宵彬;;双火花塞点火策略降低发动机循环变动率的测试分析[J];汽车工程学报;2014年03期

5 尚会超;张力;陈春望;谢德云;;汽油机双火花塞轻度均质稀燃特性的测试分析[J];西安交通大学学报;2014年05期

6 夏怀成;安子军;孙泽;邸立明;;双火花塞发动机性能的仿真分析[J];机械设计;2012年05期

7 陆薛松;王显会;;双火花塞小型内燃机燃烧过程数值模拟[J];拖拉机与农用运输车;2012年01期

8 陈明飞;黄永生;张力;侯建军;李强;;发动机单双火花塞点火性能对比研究[J];小型内燃机与摩托车;2011年03期

9 张凡;王真;帅石金;王建昕;;低比例甲醇汽油发动机冷起动非常规排放和燃烧特性研究[J];内燃机工程;2011年01期

10 李林;张力;张瑜;徐凤雏;;双火花塞点火汽油机轻度分层混合气生成过程的数值模拟[J];汽车工程;2010年08期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 胡春明;火花点燃式LPG发动机快速稀燃及排放控制的研究[D];天津大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 彭乐高;缸内直喷点燃式甲醇发动机非常规排放仿真研究[D];吉林大学;2015年

2 张博;基于快速压缩装置的天然气和二乙醚多点点火燃烧特性研究[D];重庆交通大学;2013年

3 黄永生;双火花塞点火发动机燃烧测试与诊断[D];重庆大学;2012年

4 周冬青;双火花塞LPG发动机燃烧过程的仿真研究[D];吉林大学;2012年

5 朱长友;400ATV型发动机双火花塞结构的研究[D];重庆大学;2009年

6 王舒;电控喷射点燃式甲醇发动机起动性能研究[D];吉林大学;2007年

7 刘志锋;醇类替代燃料汽车可行性分析[D];吉林大学;2004年

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本文编号：839030