基于FIRE的PFI氢发动机喷氢时刻及喷孔位置的模拟研究

发布时间：2017-09-16 16:25

  本文关键词：基于FIRE的PFI氢发动机喷氢时刻及喷孔位置的模拟研究

  更多相关文章： 氢发动机 喷氢时刻 喷孔位置 混合气质量 燃烧特性

【摘要】：氢气具有燃烧速度快、着火界限宽、点火能量低等特点,因此成为新能源研究的一个热门。同时氢发动机依然面临着很多的问题,比如容易出现回火、早燃、爆燃等异常燃烧现象。由于混合气形成的结果对发动机是否发生异常燃烧起着重要的作用,且混合气形成质量的好坏直接影响燃烧质量与排放,因此把握氢内燃机的混合气形成规律、并通过改变不同结构参数和运转参数优化混合气的形成过程十分重要。本研究使用了AVL-Fire软件来进行模拟计算,以嘉陵JH600发动机为原型,使用Pro/E软件建立了三维仿真模型,导入Fire软件中进行数值模拟的计算。通过选取不同的喷氢时刻和喷孔位置,对怠速(1000r/min)、最大扭矩转速(4500r/min)、最大功率转速(6000r/min)三种转速下的发动机喷氢及燃烧过程进行模拟计算,基于对混合气形成和燃烧过程的模拟,根据获得的发动机缸内参数的分布规律,从混合气的均匀性和抑制异常燃烧的角度对发动机混合气的形成质量进行合理评价;根据点火后缸内的压力、温度以及NO质量分数的曲线对发动机的燃烧特性进行分析。研究表明:喷氢时刻过早,缸内的混合气均匀性较差;喷氢时刻过晚,缸内的混合气浓度较低;在喷氢时刻为414°CA时,发动机的混合气质量较优。同时通过对喷孔位置的研究表明,喷孔位置离气缸过远,会导致进气道内氢气残余量增加,不利于缸内的燃烧,而且高湍动能的混合气距离排气门较近,容易发生早燃的现象。因此可以得知,在喷孔为鼻梁位置、喷氢时刻为414°CA时,发动机的混合气质量和燃烧特性较优,且有利于抑制异常燃烧的发生。
【关键词】：氢发动机 喷氢时刻 喷孔位置 混合气质量 燃烧特性
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK463
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题来源8
• 1.2 研究背景8-10
• 1.2.1 能源危机和环境污染8-9
• 1.2.2 清洁能源的研究9-10
• 1.3 氢能源在发动机上的应用及国内外研究现状10-13
• 1.3.1 氢燃料内燃机的开发10-12
• 1.3.2 氢内燃机在我国的发展现状12-13
• 1.4 氢发动机研究的核心13-14
• 1.4.1 氢发动机混合气的形成方式13
• 1.4.2 氢发动机异常燃烧的机理13-14
• 1.5 课题研究思路和方法14-15
• 1.5.1 研究内容14-15
• 1.5.2 技术路线15
• 1.6 本章小结15-16
• 2 AVL-Fire软件介绍和数值模拟16-24
• 2.1 软件介绍16
• 2.2 数学模型和控制方程16-20
• 2.2.1 基本控制方程16-17
• 2.2.2 湍流模型17-18
• 2.2.3 燃烧模型的选择18-19
• 2.2.4 NOX排放模型19-20
• 2.3 控制方程的解法20-21
• 2.3.1 离散方法20
• 2.3.2 求解方法20-21
• 2.3.3 审敛标准21
• 2.4 本章小结21-24
• 3 研究方案和模型建立24-30
• 3.1 研究方案24-26
• 3.2 模型建立26-28
• 3.2.1 网格划分26-27
• 3.2.2 模型的初始条件和边界条件27
• 3.2.3 喷氢控制策略27-28
• 3.2.4 点火时刻28
• 3.2.5 计算步长28
• 3.3 本章小结28-30
• 4 喷氢时刻、喷孔位置对发动机混合气形成的影响30-52
• 4.1 怠速（1000r/min）下混合气的形成30-37
• 4.1.1 对速度场分布的影响30-33
• 4.1.2 对湍动能的影响33-35
• 4.1.3 对混合气浓度的影响35-37
• 4.1.4 怠速（1000r/min）下混合气的综合分析37
• 4.2 最大扭矩转速（4500r/min）下混合气的形成37-44
• 4.2.1 对速度场分布的影响37-40
• 4.2.2 对湍动能的影响40-42
• 4.2.3 对混合气浓度的影响42-44
• 4.2.4 最大扭矩转速（4500r/min）下混合气的综合分析44
• 4.3 最大功率转速（6000r/min）下混合气的形成44-51
• 4.3.1 对速度场分布的影响44-47
• 4.3.2 对湍动能的影响47-49
• 4.3.3 对混合气浓度的影响49-50
• 4.3.4 最大功率转速（6000r/min）下混合气的综合分析50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 5 喷氢时刻、喷孔位置对发动机燃烧特性的影响52-60
• 5.1 点火后压力场的变化52-54
• 5.2 点火后温度场的变化54-57
• 5.3 点火后NO质量分数的变化57-59
• 5.4 本章小结59-60
• 6 全文总结和展望60-62
• 6.1 全文总结60-61
• 6.2 展望61-62
• 攻读学位期间参加的科研项目及发表的学术论文62-64
• 致谢64-66
• 参考文献66-68

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王鹤鸣;;启动喷孔堵塞的原因[J];农技服务;2006年12期

2 舒宝林,赵文焕,苏仲田;浅谈启动喷孔堵塞的原因与防治[J];内燃机;1998年02期

3 文华;姜水生;魏明锐;;基于喷孔两相流场的柴油一次雾化模型[J];工程热物理学报;2008年06期

4 王爱民;;喷油器喷孔加工及测量技术[J];现代制造工程;2011年10期

5 周凯;;用缩孔法修复喷孔[J];农业机械;1995年01期

6 闻立楷;覃海涛;张宗杰;;改进喷油嘴喷孔加工的探讨[J];机械工艺师;1992年02期

7 张亚杰;提高喷孔角度测量准确度的方法[J];现代车用动力;1997年01期

8 崔慧峰;罗福强;董少锋;梁昱;周立迎;;柴油机渐缩形喷孔喷嘴流动特性研究[J];农业机械学报;2013年11期

9 成晓北,黄荣华,王志,屈盛官,朱梅林;柴油机喷油器喷孔空泡雾化的研究[J];内燃机工程;2002年02期

10 魏明锐,刘永长,文华,张煜盛;喷孔流动模型及其对高压喷雾计算的影响[J];内燃机学报;2003年04期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 田大洋;黄魏迪;李治龙;龚慧峰;吴志军;李理光;;加工因素对喷油嘴喷孔几何特征的影响研究[A];面向未来的汽车与交通——2013中国汽车工程学会年会论文集精选[C];2013年

2 田大洋;黄魏迪;李治龙;龚慧峰;吴志军;李理光;;加工因素对喷油嘴喷孔几何特征的影响研究[A];2013中国汽车工程学会年会论文集[C];2013年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 虞育松;直喷式柴油机近喷孔区域燃油喷射雾化机理的基础研究[D];北京交通大学;2009年

2 解方喜;柴油机燃油射流运动行为特点及对燃烧的影响研究[D];吉林大学;2010年

3 安娜;柴油机喷嘴内的空化流动及其强化燃油雾化混合的机理研究[D];华中科技大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 姚嘉琪;组喷孔喷嘴的喷雾特性研究[D];江苏大学;2016年

2 张亮;喷气织机辅助喷嘴流场研究及喷孔结构优化[D];苏州大学;2016年

3 谢宇;高压共轨柴油机喷油嘴喷孔参数对喷雾特性的影响研究[D];华北电力大学(北京);2016年

4 章金鑫;耦合内部流动的柴油机交叉喷孔雾化特性研究[D];江苏科技大学;2016年

5 黄震宇;喷嘴断流时喷孔吞咽气体的机理研究[D];南昌大学;2016年

6 王庆铎;基于FIRE的PFI氢发动机喷氢时刻及喷孔位置的模拟研究[D];华北水利水电大学;2016年

7 孙剑;柴油机喷油器喷孔内空化效应机理的研究[D];天津大学;2009年

8 郝俊忠;发动机变截面喷孔流动特性模拟研究与分析[D];太原理工大学;2014年

9 陈乃转;不同喷孔方案对直喷式柴油机缸内燃烧及排放影响的数值模拟[D];天津大学;2010年

10 马志炎;柴油机喷油器喷孔内空穴流动的可视化试验研究与数值模拟分析[D];浙江大学;2013年

，

本文编号：864137