天然气发动机稀薄燃烧试验研究与数值模拟

【摘要】：在大气环境污染日益严重,而排放法规日益苛刻的今天,天然气作为一种清洁燃料,已经成为车用发动机未来燃料的首选。合理的采用天然气发动机燃烧控制技术,不但可使天然气发动机保持原有发动机的动力性,而且还能降低成本,提高发动机的经济性。而天然气发动机稀薄燃烧由于其具有排放低、热效率高、经济性好的优点,成为车用发动机首选燃烧方式。 本文针对一台点燃式天然气发动机,分别在最大扭矩工况和标定工况下,进行了台架试验,通过改变点火提前角和空燃比,实测缸内压力示功图、压力升高率通过压力示功图计算得出缸内平均温度、放热率和累积放热量等反映发动机工作性能的参数,分析这些参数的变化规律,对整机的工作性能进行评估,预判发动机在稀薄燃烧条件下出现失火和功率下降的原因,同时为数值模拟计算提供试验数据。结合实测数据和一维工作过程计算,模拟出发动机的热力循环,为三维数值模拟提供准确的边界条件。从三维数值模拟计算模型和数值计算方法出发,结合缸内气体的湍流流动模型、燃烧模型和排放模型,根据天然气发动机的工作特性,选取合适的计算模型和方法,建立了模拟发动机进气流动、缸内燃烧、排气过程的三维动态网格,模拟计算了完整的工作循环过程,得出发动机在不同曲轴转角下的缸内的流动和燃烧情况,并将模拟结果和试验进行对比,分析天然气发动机稀薄燃烧条件下存在问题的原因,为发动机工作性能的进一步改进优化提供理论依据。 【关键词】：天然气发动机 燃烧 流动 三维数值模拟
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK437
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 选题背景8
• 1.2 天然气发动机的发展概况8-9
• 1.3 天然气特性9
• 1.4 天然气发动机所面临问题9-10
• 1.5 天然气发动机关键技术10-11
• 1.6 天然气发动机缸内燃烧过程的研究发展11-12
• 1.7 数值模拟软件及应用现状12-13
• 1.8 本文主要研究内容13-14
• 2 天然气发动机数值模拟计算模型和方法14-20
• 2.1 数值模拟计算基本方程14-16
• 2.3 燃烧模型16-19
• 2.5 排放模型19
• 2.6 本章小结19-20
• 3 天然气发动机工作过程数值模拟20-27
• 3.1 发动机热力循环过程概述20
• 3.2 天然气发动机工作过程数值模拟计算20-23
• 3.3 BOOST计算及结果输出23-26
• 3.4 边界条件的输出26
• 3.6 本章小结26-27
• 4 发动机台架试验27-48
• 4.1 试验台架及测试设备简介27-28
• 4.2 天然气发动机基本结构和性能参数28-29
• 4.3 试验方案29-31
• 4.4 点火提前角调节试验31-38
• 4.5 空燃比调节试验38-46
• 4.6 总功率试验46-47
• 4.7 本章小结47-48
• 5 稳态流动的有效性验证48-55
• 5.1 计算域模型的创建48-51
• 5.2 计算求解和结果的输出51-54
• 5.3 本章小结54-55
• 6 三维数值模拟计算55-75
• 6.1 数值模拟动态网格的创建55-60
• 6.2 边界条件和初始条件的定义60-61
• 6.3 求解器计算模型的选取61-62
• 6.4 模拟计算结果及分析62-74
• 6.5 本章小结74-75
• 7 全文工作总结与今后研究展望75-77
• 7.1 全文工作总结75
• 7.2 今后研究展望75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-79

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