大缸径双火花塞天然气发动机缸内燃烧特性研究
发布时间：2023-10-30 17:28
天然气作为清洁能源已成为车用替代燃料的首选,研究和开发天然气发动机对于缓解能源危机和改善环境问题具有重要意义。但由于天然气燃料本身的特性,大缸径天然气发动机还存在火焰传播距离长、燃烧速度慢、失火率高、热效率低等问题,而问题的关键在于提高火焰传播速度。因此,研究天然气的燃烧特性以及实现天然气发动机的快速燃烧已经成为一个重要课题,其中双火花塞点火能够缩短火焰传播距离,加快燃烧速度,从而改善发动机的整体性能。所以,本文采用双火花塞点火技术,以试验测试和计算机仿真研究为手段,通过理论分析、台架试验、数字建模、仿真优化等方法,对大缸径天然气发动机燃烧特性及降低排放的技术措施开展了研究,以实现发动机的动力性、经济性和排放性能的有效改善。为深入研究天然气燃料的燃烧特性,本文利用定容燃烧弹模拟高温高压的缸内燃烧环境,设计了一套适用于双火花塞点火的可视化试验平台,建立了试验台架。通过改变燃空当量比、点火方式、初始压力与温度等参数,利用高速摄像机和压力传感器采集了燃烧图像和压力数据,并结合数字图像处理技术编写了MATLAB图像处理程序,运用双色法表征了燃烧温度场的分布状态,试验研究了单一初始参数下双点火对...
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 天然气发动机发展现状
1.2.1 天然气燃料的理化特性及优势
1.2.2 天然气发动机的发展历程
1.2.3 天然气发动机国内外研究现状
1.3 天然气发动机相关技术概述
1.3.1 稀薄燃烧技术
1.3.2 快速燃烧技术
1.3.3 废气再循环技术
1.4 双火花塞国内外研究现状
1.4.1 双火花塞国外研究现状
1.4.2 双火花塞国内研究现状
1.5 发动机可视化测试技术概述
1.5.1 发动机可视化测试技术发展现状
1.5.2 数字图像处理技术介绍
1.5.3 双色测温法研究现状
1.6 数值模拟技术发展与应用
1.7 主要研究内容和论文结构
第2章 基于定容燃烧弹的可视化试验平台设计
2.1 可视化试验平台工作原理
2.2 基于定容燃烧弹的试验系统
2.2.1 定容燃烧弹设计
2.2.2 进排气系统
2.2.3 加热温控系统
2.3 点火系统
2.3.1 点火系统的组成
2.3.2 双点火系统的调试
2.4 数据采集系统
2.4.1 压力采集系统
2.4.2 火焰图像采集系统
2.5 燃烧图像与数据处理方法
2.5.1 燃烧图像处理
2.5.2 试验数据处理
2.6 本章小结
第3章 双火花塞点火天然气燃烧特性的试验研究
3.1 试验方案
3.2 点火方式对天然气燃烧特性的影响
3.2.1 单双点火对燃烧特性的影响
3.2.2 异步点火对燃烧特性的影响
3.3 初始压力对双点火天然气燃烧特性的影响
3.3.1 初始压力对火焰传播特性的影响
3.3.2 初始压力对燃烧过程的影响
3.3.3 初始压力对温度场的影响
3.4 初始温度对双点火天然气燃烧特性的影响
3.4.1 初始温度对火焰传播特性的影响
3.4.2 初始温度对燃烧过程的影响
3.4.3 初始温度对温度场的影响
3.5 燃空当量比对双点火天然气燃烧特性的影响
3.5.1 燃空当量比对火焰传播特性的影响
3.5.2 燃空当量比对燃烧过程的影响
3.5.3 燃空当量比对温度场的影响
3.6 本章小结
第4章 双火花塞天然气发动机燃烧过程的仿真模型建立及模型验证
4.1 发动机基本参数
4.2 发动机数值模型的建立
4.2.1 三维几何模型的建立
4.2.2 网格划分
4.3 计算模型的选取
4.3.1 湍流模型
4.3.2 燃烧模型
4.3.3 点火模型
4.3.4 NOx生成模型
4.4 计算方法
4.5 初始条件和边界条件的确定
4.6 计算模型的验证
4.7 本章小结
第5章 双火花塞位置与点火能量对天然气发动机燃烧过程的影响
5.1 双火花塞位置对天然气发动机燃烧过程的影响
5.1.1 双火花塞位置对天然气发动机性能的影响
5.1.2 双火花塞位置对火焰面密度的影响
5.1.3 双火花塞位置对温度场的影响
5.1.4 双火花塞位置对NOx分布的影响
5.2 单双点火模式下天然气发动机的性能对比
5.2.1 单双火花塞点火对天然气发动机性能的影响
5.2.2 单双火花塞点火的火焰面密度对比
5.2.3 单双火花塞点火的缸内温度场对比
5.2.4 单双火花塞点火的缸内NOx质量分数对比
5.3 点火能量对双火花塞点火天然气发动机燃烧过程的影响
5.3.1 点火能量对双火花塞点火天然气发动机性能的影响
5.4 本章小结
第6章 点火策略对双火花塞点火天然气发动机燃烧过程的影响研究
6.1 不同点火策略下点火正时的仿真研究
6.1.1 双火花塞不同点火策略点火正时的优化方案
6.1.2 同步点火点火正时对CNG发动机燃烧过程的影响
6.1.3 异步点火点火正时对CNG发动机燃烧过程的影响
6.2 不同点火策略最佳点火正时的发动机性能对比
6.3 本章小结
第7章 双火花塞天然气发动机整机性能研究
7.1 EGR率对双火花塞点火天然气发动机燃烧过程的影响
7.1.1 EGR率对天然气发动机性能的影响
7.1.2 EGR率对火焰面密度的影响
7.1.3 EGR率对温度场的影响
7.1.4 EGR率对NOx分布的影响
7.2 最佳EGR率下的双点火与单点火时的发动机性能对比
7.3 本章小结
第8章 全文总结与展望
8.1 全文工作总结
8.2 主要创新点
8.3 未来工作展望
参考文献
作者简介及在学期间所取得的科研成果
致谢
本文编号：3858874
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 天然气发动机发展现状
1.2.1 天然气燃料的理化特性及优势
1.2.2 天然气发动机的发展历程
1.2.3 天然气发动机国内外研究现状
1.3 天然气发动机相关技术概述
1.3.1 稀薄燃烧技术
1.3.2 快速燃烧技术
1.3.3 废气再循环技术
1.4 双火花塞国内外研究现状
1.4.1 双火花塞国外研究现状
1.4.2 双火花塞国内研究现状
1.5 发动机可视化测试技术概述
1.5.1 发动机可视化测试技术发展现状
1.5.2 数字图像处理技术介绍
1.5.3 双色测温法研究现状
1.6 数值模拟技术发展与应用
1.7 主要研究内容和论文结构
第2章 基于定容燃烧弹的可视化试验平台设计
2.1 可视化试验平台工作原理
2.2 基于定容燃烧弹的试验系统
2.2.1 定容燃烧弹设计
2.2.2 进排气系统
2.2.3 加热温控系统
2.3 点火系统
2.3.1 点火系统的组成
2.3.2 双点火系统的调试
2.4 数据采集系统
2.4.1 压力采集系统
2.4.2 火焰图像采集系统
2.5 燃烧图像与数据处理方法
2.5.1 燃烧图像处理
2.5.2 试验数据处理
2.6 本章小结
第3章 双火花塞点火天然气燃烧特性的试验研究
3.1 试验方案
3.2 点火方式对天然气燃烧特性的影响
3.2.1 单双点火对燃烧特性的影响
3.2.2 异步点火对燃烧特性的影响
3.3 初始压力对双点火天然气燃烧特性的影响
3.3.1 初始压力对火焰传播特性的影响
3.3.2 初始压力对燃烧过程的影响
3.3.3 初始压力对温度场的影响
3.4 初始温度对双点火天然气燃烧特性的影响
3.4.1 初始温度对火焰传播特性的影响
3.4.2 初始温度对燃烧过程的影响
3.4.3 初始温度对温度场的影响
3.5 燃空当量比对双点火天然气燃烧特性的影响
3.5.1 燃空当量比对火焰传播特性的影响
3.5.2 燃空当量比对燃烧过程的影响
3.5.3 燃空当量比对温度场的影响
3.6 本章小结
第4章 双火花塞天然气发动机燃烧过程的仿真模型建立及模型验证
4.1 发动机基本参数
4.2 发动机数值模型的建立
4.2.1 三维几何模型的建立
4.2.2 网格划分
4.3 计算模型的选取
4.3.1 湍流模型
4.3.2 燃烧模型
4.3.3 点火模型
4.3.4 NOx生成模型
4.4 计算方法
4.5 初始条件和边界条件的确定
4.6 计算模型的验证
4.7 本章小结
第5章 双火花塞位置与点火能量对天然气发动机燃烧过程的影响
5.1 双火花塞位置对天然气发动机燃烧过程的影响
5.1.1 双火花塞位置对天然气发动机性能的影响
5.1.2 双火花塞位置对火焰面密度的影响
5.1.3 双火花塞位置对温度场的影响
5.1.4 双火花塞位置对NOx分布的影响
5.2 单双点火模式下天然气发动机的性能对比
5.2.1 单双火花塞点火对天然气发动机性能的影响
5.2.2 单双火花塞点火的火焰面密度对比
5.2.3 单双火花塞点火的缸内温度场对比
5.2.4 单双火花塞点火的缸内NOx质量分数对比
5.3 点火能量对双火花塞点火天然气发动机燃烧过程的影响
5.3.1 点火能量对双火花塞点火天然气发动机性能的影响
5.4 本章小结
第6章 点火策略对双火花塞点火天然气发动机燃烧过程的影响研究
6.1 不同点火策略下点火正时的仿真研究
6.1.1 双火花塞不同点火策略点火正时的优化方案
6.1.2 同步点火点火正时对CNG发动机燃烧过程的影响
6.1.3 异步点火点火正时对CNG发动机燃烧过程的影响
6.2 不同点火策略最佳点火正时的发动机性能对比
6.3 本章小结
第7章 双火花塞天然气发动机整机性能研究
7.1 EGR率对双火花塞点火天然气发动机燃烧过程的影响
7.1.1 EGR率对天然气发动机性能的影响
7.1.2 EGR率对火焰面密度的影响
7.1.3 EGR率对温度场的影响
7.1.4 EGR率对NOx分布的影响
7.2 最佳EGR率下的双点火与单点火时的发动机性能对比
7.3 本章小结
第8章 全文总结与展望
8.1 全文工作总结
8.2 主要创新点
8.3 未来工作展望
参考文献
作者简介及在学期间所取得的科研成果
致谢
本文编号：3858874
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