缸内直喷CNG发动机燃烧特性的数值仿真研究
发布时间：2020-10-26 09:39
天然气因资源丰富、燃烧清洁的特点作为车用发动机代用燃料为解决内燃机行业发展面临的传统燃料匮乏、环境恶化等问题提供新的方向。随之带来的有关天然气的发动机技术也得到飞速发展,但作为气体燃料,天然气发动机动力性欠佳等缺点还有待彻底解决。本文基于光学样机燃烧过程可视化研究结果和2.0TCI直喷柴油机基本参数建立缸内直喷CNG发动机的三维数值仿真计算模型,深入研究不同双点点火位置和双点点火正时下缸内直喷CNG发动机缸内速度场、浓度场、压力场、火焰传播特性、温度场及NO生成速率的变化规律,分析不同双点点火方式对发动机燃烧过程和排放的影响,然后研究不同转速下采用双点点火方式时CNG发动机燃烧过程与NO排放的变化趋势,为加强CNG发动机燃烧性能和改善排放提供有效途径。研究表明:采用双点点火时能明显缩短混合气的燃烧时间,但不同双点点火方式下两点点火后混合气燃烧过程相互影响程度不一样,在造成对混合气燃烧过程和NO排放的影响不同。(1)增大双点点火相对位置能加快整个燃烧室火焰的传播,燃烧放热更集中,缸内平均压力升高率增加,但高温区域持续时间长,NO排放增加。(2)针对改变双点点火正时,提前第一点点火时刻时混合气燃烧提前,但放热规律和缸内平均压力升高率变化不明显;又因为高温度区域持续时间不变,NO生成持续期变化不明显,NO最终排放量几乎没有变化;而滞后第二点点火时刻时整体火焰传播速率降低,放热规律重心和最高爆发压力出现时刻滞后,且高温度场建立滞后导致NO生成持续时间缩短,NO最终排放量有显著降低。(3)转速增加时混合气各种流场分布向不均匀化发展,不利于火焰的稳定传播,但采用双点火方式时混合气燃烧时间非常短暂,因此改变转速对CNG发动机燃烧的稳定性影响不大,但转速增加时满足NO生成的温度场和浓度场绝对持续时间缩短,NO最终排放量大幅度降低。(4)在总结NO生成速率的变化规律得出温度一定时,当量比在0.93至0.97附近时NO生成速率最高;浓度一定时,NO生成速率首先随温度增大而升高,当温度高于2700K时受温度的变化影响比较小。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U464.174
【部分图文】：
图 2.1 喷射器及火花塞布置表 2.1 仿真样机技术参数名称 参数值型式 单缸、四冲程、点燃式缸径 135mm行程 280mm压缩比 6.13排量 4.0L型的网格划分ire 提供的三维动网格的画法有很多种，由于本论文重点是分析做功两个环节，故省去了进排气道/管，使网格划分过程简化据样机技术参数要求用 FAME Topology 工具划分燃烧室与气静网格。然后以静网格为基础用 FAME Engine 工具生成动网格
图 2.2 样机动网格模型表 2.2 样机动网格不同阶段动网格层数曲轴转角/°CA 网格层数180～260 和 460～540 60260～300 和 420～460 45300～330 和 390～420 25330～390 10值仿真计算模型的确立值仿真计算实际就是以三维有限元各单元为载体，利用数值计算的物理模型的一个过程。AVL-Fire 为发动机的工作过程从喷雾到气再到排放过程提供了多个针对不同情况的模型。合理的数值模型的部参数设置可以使仿真模拟的结果无限接近试验结果。合理的选择需考虑模拟燃料的特性、发动机燃烧方式等相关因素。本节将结合
2TKE = (3 /2) u……………………………c2 h(n/60)m= ……………………………u 为湍流脉动速度，根据仿真燃料特性与 cm比值不同，本仿真中二；n为试验样机转速；h为试验样机冲程。带入样机参数可得活塞平67m/s；，相应湍流脉动速度 为 1.12m/s；初始湍流动能为 1.88m2/s2模型验证了验证仿真模拟的真确性，本论文将通过调整相关模型参数并对比件下试验样机的缸内平均压力、放热规律曲线以验证仿真建模的合 和图 2.4 分别为光学试验与仿真的燃烧放热规律和缸压曲线的对比结试验与仿真曲线基本一致。可认为本次建立的数值仿真模型与试验，本次仿真所选取并调整后的数值燃烧模型具有实际参考价值。
【参考文献】
本文编号：2856829
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U464.174
【部分图文】：
图 2.1 喷射器及火花塞布置表 2.1 仿真样机技术参数名称 参数值型式 单缸、四冲程、点燃式缸径 135mm行程 280mm压缩比 6.13排量 4.0L型的网格划分ire 提供的三维动网格的画法有很多种，由于本论文重点是分析做功两个环节，故省去了进排气道/管，使网格划分过程简化据样机技术参数要求用 FAME Topology 工具划分燃烧室与气静网格。然后以静网格为基础用 FAME Engine 工具生成动网格
图 2.2 样机动网格模型表 2.2 样机动网格不同阶段动网格层数曲轴转角/°CA 网格层数180～260 和 460～540 60260～300 和 420～460 45300～330 和 390～420 25330～390 10值仿真计算模型的确立值仿真计算实际就是以三维有限元各单元为载体，利用数值计算的物理模型的一个过程。AVL-Fire 为发动机的工作过程从喷雾到气再到排放过程提供了多个针对不同情况的模型。合理的数值模型的部参数设置可以使仿真模拟的结果无限接近试验结果。合理的选择需考虑模拟燃料的特性、发动机燃烧方式等相关因素。本节将结合
2TKE = (3 /2) u……………………………c2 h(n/60)m= ……………………………u 为湍流脉动速度，根据仿真燃料特性与 cm比值不同，本仿真中二；n为试验样机转速；h为试验样机冲程。带入样机参数可得活塞平67m/s；，相应湍流脉动速度 为 1.12m/s；初始湍流动能为 1.88m2/s2模型验证了验证仿真模拟的真确性，本论文将通过调整相关模型参数并对比件下试验样机的缸内平均压力、放热规律曲线以验证仿真建模的合 和图 2.4 分别为光学试验与仿真的燃烧放热规律和缸压曲线的对比结试验与仿真曲线基本一致。可认为本次建立的数值仿真模型与试验，本次仿真所选取并调整后的数值燃烧模型具有实际参考价值。
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 贾承造;张永峰;赵霞;;中国天然气工业发展前景与挑战[J];天然气工业;2014年02期
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1 余小草;燃烧边界条件对车用重型天然气发动机燃烧及排放的影响[D];吉林大学;2013年
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1 张康平;基于目标扭矩的车用柴油机过渡工况控制策略[D];吉林大学;2017年
2 陈雅韵;我国新能源汽车产业的发展研究[D];首都经济贸易大学;2017年
3 邢居真;测试系统参数对车用发动机排放的影响研究[D];武汉理工大学;2009年
4 孙晶晶;汽油机进气及燃烧过程的多维数值模拟研究[D];北京交通大学;2008年
本文编号：2856829
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