点燃式重油发动机混合气形成与燃烧过程的研究

发布时间：2017-09-30 20:19

  本文关键词：点燃式重油发动机混合气形成与燃烧过程的研究

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【摘要】：在常温下,汽油蒸汽混合气遇明火时很容易发生燃烧和爆炸,而本文中重油(指航空煤油或柴油)具有较高的闪点和较低的挥发温度,更容易储存和处理,安全性较高,而且重油燃料更容易获得。重油一般采用压燃的方式着火,而压燃式发动机整体重量相比点燃式发动机有所增加。在航空的一些特殊应用环境下,用点燃式发动机燃用重油既能保证安全性,也不会增加发动机的重量。但针对点燃式重油活塞发动机中的点火及火焰传播问题的研究还相对较少,对重油混合气(特别是重油非均质混合气)中的点火和火焰传播特性以及相关影响因素还缺乏必要的认识。因此本文对点燃式重油发动机混合气形成和燃烧过程进行研究。 首先,根据ROTAX914燃烧室基本结构参数,建立了燃烧室的三维几何模型并进行了网格划分;建立了数学模型,确定了初始条件及边界条件。并验证了模型的有效性。 其次,对发动机混合气形成过程进行仿真分析,研究不同喷油定时、喷油角度和喷油油量对混合气形成特性的影响,给出了有利于重油混合气点火和燃烧的燃油喷射参数。 再次,对重油非均质混合气的点火和火焰传播特性以及相关影响因素进行研究。分析不同燃油喷射参数和点火参数对重油点火和火焰传播过程的影响规律,结果表明：燃油喷射参数直接影响到非均质重油混合气的形成状态,从而对燃烧过程产生影响；引入EGR对火核生长有抑制作用,为了在降低排放的同时使火焰快速传播,EGR率不宜过大；存在一个最佳点火提前角使得点火延迟角最小,火焰发展速度最快：当点火能量达到一定值后,再增加点火能量对火核的生长过程影响不大,还会降低点火系统的寿命,因此点火能量并不是越大越好。 最后,对均质混合气和非均质混合气两种不同模式下的爆燃现象进行了模拟,并且分析了不同点火时刻、点火能量、EGR率和喷油定时下的爆燃和失火特性。结果表明：非均质当量比混合气能够有效抑制爆燃；推迟点火和引入EGR都能使爆燃倾向减小；当点火能量小于发动机所需的最小点火能量时,会出现失火现象;喷油定时提前,爆燃倾向减小,但喷油定时过早,缸内出现了失火现象。 论文的研究成果可以为解决点燃式重油发动机的以下几个关键问题：重油的雾化问题,重油点火及火焰传播问题,爆燃问题,失火问题提供理论支撑与依据。
【关键词】：点燃式活塞发动机 重油 混合气形成 燃烧 爆燃 失火
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK401
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-23
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-20
• 1.2.1 点燃式发动机混合气形成特性的研究现状12-13
• 1.2.2 点燃式发动机点火模型及火焰传播模型的研究现状13-16
• 1.2.3 点燃式发动机机点火及火焰传播特性的研究现状16-17
• 1.2.4 点燃式发动机爆燃及失火特性的研究现状17-20
• 1.3 论文研究内容20-23
• 2 仿真模型的建立23-39
• 2.1 流体运动基本方程组23-24
• 2.2 湍流模型24-26
• 2.3 喷雾模型26-30
• 2.3.1 蒸发模型26-28
• 2.3.2 破碎模型28
• 2.3.3 碰壁模型28-30
• 2.3.4 湍流扩散模型30
• 2.4 点火模型和湍流燃烧模型30-32
• 2.5 爆震模型32-33
• 2.6 几何模型的建立与网格划分33-36
• 2.6.1 几何模型的建立及燃烧室改造方案33-35
• 2.6.2 网格的划分35-36
• 2.7 初始条件及边界条件36
• 2.8 模型有效性验证分析36-37
• 2.9 本章小结37-39
• 3 点燃式重油发动机混合气形成特性的仿真分析39-59
• 3.1 柴油与汽油的混合气形成特性对比分析39-42
• 3.2 喷油定时对混合气形成的影响42-46
• 3.3 喷油角度对混合气形成的影响46-50
• 3.4 喷油油量对混合气形成的影响50-56
• 3.5 本章小结56-59
• 4 点燃式重油发动机点火及火焰传播特性的仿真分析59-91
• 4.1 混合气形成对点火及火焰传播特性的影响59-70
• 4.2 EGR率对点火及火焰传播过程的影响70-77
• 4.3 点火参数对点火及火焰传播特性的影响77-88
• 4.3.1 点火时刻对点火及火焰传播特性的影响77-83
• 4.3.2 点火能量对点火及火焰传播特性的影响83-88
• 4.4 本章小结88-91
• 5 点燃式重油发动机机爆燃及失火特性的仿真分析91-113
• 5.1 爆燃特性的仿真分析91-104
• 5.1.1 均质混合气与非均质混合气的爆燃模拟对比91-94
• 5.1.2 爆燃特性的影响因素分析94-104
• 5.2 失火特性的仿真分析104-110
• 5.2.1 喷油定时对失火特性的影响104-106
• 5.2.2 点火时刻和EGR率对失火特性的影响106-109
• 5.2.3 点火能量对失火特性的影响109-110
• 5.3 本章小结110-113
• 6 全文总结与展望113-115
• 6.1 全文总结113-114
• 6.2 工作展望114-115
• 参考文献115-119
• 作者简历119-123
• 学位论文数据集123

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：950200