燃烧室形状和喷气规律对天然气发动机燃烧的改善

【摘要】： 随着石油紧缺和能源的大量消耗,各国对代用燃料的研究和新能源的开发也日益深入。气体燃料资源丰富,开发和利用的价值都很大。我国已经开始对天然气、液化石油气等气体燃料进行研究和使用。 大量研究表明,燃烧过程是决定发动机性能的主要因素,而燃烧过程往往受控于燃烧边界条件。为了研究燃烧室形状和喷气规律对缸内燃烧的影响规律,本文利用STAR-CD软件模拟研究了六种燃烧室形状(缩口、方形、梯形、直口ω形、缩口ω形和缩口方形)及喷气规律对CNG发动机燃烧及排放的影响,研究结果表明: a.燃烧室形状对缸内湍流动能场的变化历程有较大的影响。较为理想的变化历程应为:点火时湍流动能较小,有利于形成稳定的火核;随后湍流动能应该逐渐增大,这样有利于加快火焰传播速度,提高燃烧热效率;在燃烧后期仍保持较高的湍流动能,使缸内混合气燃烧得较彻底。在六种燃烧室中,方形燃烧室和缩口方形燃烧室所对应的示功图较为理想,但是缩口方形燃烧室对应的NO排放较高,所以在六种燃烧室中方形燃烧室为最佳。 b.喷气规律直接决定了缸内混合气的浓度分布。对于稀燃CNG发动机而言,在点火时刻较为理想的浓度分布应为:火花塞附近较浓,而其它区域为均匀分布。这种分布规律有利于改善CNG发动机的着火稳定性及火焰传播速度。本CNG发动机的进气方式为进气道喷射,采用天然气两段喷射可以得到上述较为理想的缸内混合气浓度分布规律。 试验和模拟结果均表明:优化设计燃烧室形状和喷气规律可以明显改善稀燃CNG发动机的燃烧和排放性能。 【关键词】：CNG发动机 数值模拟 燃烧室形状 两段喷射 燃烧
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TK431
【目录】：

• 提要4-7
• 第一章 绪论7-19
• 1.1 概述7-8
• 1.1.1 石油资源情况7
• 1.1.2 天然气资源情况7
• 1.1.3 环境问题7-8
• 1.2 天然气的基本特性8-9
• 1.2.1 天然气的成分8-9
• 1.2.2 天然气的物理化学特性9
• 1.3 天然气作为车用燃料时的特点9-10
• 1.3.1 天然气作为车用燃料时的优点10
• 1.3.2 天然气作为车用燃料时的缺点10
• 1.4 天然气发动机的发展10-11
• 1.5 压缩天然气发动机的分类11-12
• 1.6 影响天然气发动机燃烧过程的主要因素12-13
• 1.6.1 天然气的组分12
• 1.6.2 天然气与空气的混合气12
• 1.6.3 发动机的结构12-13
• 1.7 天然气发动机提高动力性的措施13-15
• 1.7.1 采用缸内直接喷射技术13-14
• 1.7.2 增大点火提前角14
• 1.7.3 提高压缩比14
• 1.7.4 提高点火能量14
• 1.7.5 稀薄燃烧14-15
• 1.8 CFD 简介15-18
• 1.8.1 CFD 的特点15-16
• 1.8.2 CFD 的具体工作步骤16
• 1.8.3 CFD 在内燃机研究中的应用16-17
• 1.8.4 CFD 软件17-18
• 1.9 本研究主要内容18-19
• 第二章 影响 CNG 发动机性能的关键因素19-25
• 2.1 试验设备19-20
• 2.2 燃烧室形状对发动机性能影响的试验研究20-22
• 2.2.1 试验方案20
• 2.2.2 试验结果分析20-22
• 2.3 喷气时刻对发动机性能影响的试验研究22-23
• 2.4 本章小结23-25
• 第三章 CNG 发动机燃烧模拟平台的建立25-31
• 3.1 模型的建立26-29
• 3.1.1 网格的建立26-27
• 3.1.2 模型及算法选择27-29
• 3.2 模型验证29-30
• 3.2.1 模拟范围的确定29
• 3.2.2 初始、边界条件的获得29
• 3.2.3 模型的准确性验证29-30
• 3.2.4 氮氧化物NO_X 模型的准确性验证30
• 3.3 本章小结30-31
• 第四章 燃烧室形状对 CNG 发动机燃烧及排放的影响规律31-49
• 4.1 模拟计算结果分析32-34
• 4.2 缸内气体参数分析34-47
• 4.2.1 缸内气体流动分析35-38
• 4.2.2 缸内混合气湍流动能变化规律38-42
• 4.2.3 缸内混合气浓度场变化规律42-44
• 4.2.4 缸内混合气温度场变化规律44-46
• 4.2.5 排放物变化规律46-47
• 4.3 本章小结47-49
• 第五章 喷气规律对缸内混合气形成及燃烧过程的影响规律49-57
• 5.1 模拟计算结果分析49-51
• 5.2 缸内气体参数分析51-55
• 5.2.1 缸内混合气浓度场变化规律51-53
• 5.2.2 缸内混合气温度场变化规律53-54
• 5.2.3 缸内NO 量变化规律54-55
• 5.3 本章小结55-57
• 第六章 全文总结及工作展望57-59
• 6.1 全文总结57-58
• 6.2 今后工作展望58-59
• 参考文献59-63
• 图表索引63-64
• 中文摘要64-66
• Abstract66-69
• 致谢69-70
• 导师简介70
• 作者简介70

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