分层稀燃CNG直喷发动机混合气形成过程及燃烧过程的数值解析

发布时间：2020-05-22 11:40

【摘要】：近年来,随着经济的发展与环境问题的矛盾,越来越多的国家意识到需要采取有效措施来保护环境。汽车工业的发展与汽车数量的增加也大大恶化了环境问题,我们国家也采取了一些法律法规来缓解这些问题,有一个发展趋势就是取缔传统的发动机,采用天然气作为燃料的发动机。目前世界上对进气道喷射CNG以形成均质理论混合气的研究比较多,为此本文将缸内直喷和分层燃烧技术结合到CNG发动机中,研究了分层混合气的形成过程及燃烧过程。首先为了验证所选择的喷雾模型的正确性,进行了CNG喷射的纹影实验。用AVL Fire软件选择合适的喷雾子模型对CNG自由喷雾进行了模拟,结果表明试验和模拟的喷雾发展过程基本一致,从而验证了本论文所选择的喷雾模型的正确性。在验证了喷雾模型的正确性的前提下,利用三维建模软件建立了三种不同凹坑结构的发动机气缸实体模型。分别对这三种不同模型进行了网格划分,制作动态网格并设置初始条件和边界条件对三种模型分别进行了计算。在部分负荷工况(2000rpm)工况条件下分别对三种不同模型进行了分层混合气的数值解析,确定了三种不同模型的喷油时刻并进行了比较,选择第一种凹坑结构模型进行了均质混合气的解析,确定了最佳喷油时刻。在壁面引导模式下,对第一种模型的CNG直喷发动机缸内分层稀薄燃烧的过程进行了数值解析。解析结果显示,在10°CA BTDC和15°CA BTDC较晚的点火时刻下燃烧过程发展滞后,燃烧放热率也比较低;在25°CA BTDC和30°CA BTDC较早的点火时刻下燃烧比较快速,但是燃烧放热率相对较低;在20°CA BTDC的点火时刻下燃烧速度较快,而且燃烧放热率达到最高,由示功图再次验证了20°CA BTDC的点火时刻时燃烧性能良好。对不同点火时刻下的CO和NO排放进行了分析,对产生CO的低温缺氧条件进行了解释,对产生NO的高温富氧条件进行了说明。对第一种模型的CNG直喷发动机均质燃烧过程进行了数值解析。解析结果显示,在20°CA BTDC和25°CA BTDC较晚的点火时刻下燃烧过程发展滞后,燃烧放热率也比较低;在35°CA BTDC较早的点火时刻下燃烧比较快速,但是燃烧放热率相对较低;在30°CA BTDC的点火时刻下燃烧速度较快,而且燃烧放热率达到最高。对均质理论混合气的燃烧过程中的CO和NO排放进行了分析,并与分层稀薄燃烧的CO和NO排放进行了比较和分析。
【图文】：

图 1.1 高压直喷天然气发动机喷射策略示意图[46]密歇根理工大学的 Zoldak P 教授[25]对 CNG 发动机的喷雾过研究结果表明提高 CNG 的喷射压力会增加喷射速率，提高效率。研究结果还显示在压缩冲程后期喷射 CNG 将会导致

图 2.1 数值模拟求解过程的 AVL Fire 软件对发动机缸内湍流流动、燃烧等问进行：将建好的模型保存为.stl 格式；导入到 Fire 软出喷油量，根据喷孔直径计算出喷油持续时间；设
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U464

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本文编号：2675940