基于LabVIEW不同燃烧室形状的天然气发动机排放预测

【摘要】： 能源和排放污染问题是21世纪汽车发动机的两大研究主题,世界各国定出愈加苛刻的排放法规,以限制汽车发动机排放量,并积极进行各方面研究,采取措施来缓解能源日渐枯竭和环境恶化问题。点燃式发动机燃料众多,包括汽油、天然气、液化石油气、掺氢气天然气等,其中天然气具有含碳量低热值高等特点,而且储量丰富,易于储存和运输,它作为一种清洁燃料,已经成为一种重要的发动机能源并得到广泛使用。国内外很多学者也进行了大量相关的理论和实验研究,研究包括工作过程模拟、燃烧化学动力学机理研究、排放性能以及综合性能研究等,对它的排放研究更是人们追逐的热点。借鉴前人成果,本文以LabVIEW为软件平台,以天然气发动机为主要研究对象,建立了点燃式发动机的排放预测程序,主要工作包括： (1)建立了点燃式发动机的准维排放预测模型：包括利用双区模型预测CO、CO2、O2、H2、H2O、OH、H、O、NO、N2这10种燃烧平衡产物的排放,和在燃烧平衡计算基础上,利用Zeldovich部分平衡浓度法预测NO排放。 (2)在LabVIEW中实现点燃式发动机排放预测程序,为使程序通用化,以适应不同燃料、不同机型和不同工况的变参数计算需求,将表征燃料种类、机型和工况的结构参数和运行参数分类并界面化,并以6135ZG天然气发动机和492Q型汽油机为例来说明程序不同燃料、不同机型和变工况的功能。 (3)考虑到进行燃烧阶段几何参数计算时燃烧室形状差异的影响,论文选择5种典型的点燃式发动机燃烧室：天然气发动机浅盆形燃烧室、半球形燃烧室、碗形燃烧室、楔形燃烧室、浴盆形燃烧室,将这5种燃烧室尺寸参数化,在节点积分法基础上,根据各自的特点,确定了相应的燃烧几何参数计算方法(包括节点划分方法和积分叠加公式),并编写了相应的程序。 (4)以6135ZG天然气发动机为验证和应用实例：首先预测了额定工况下10种燃烧平衡产物排放和非平衡产物NO排放,验证了程序的正确性,同时分析了这一工况下CO、CO2、NO三种排放物缸内变化规律；随后预测分析了压缩比和燃烧室形状对6135ZG天然气发动机排放的影响；最后,选定一个相同工况点,将天然气发动机的预测排放值与原柴油机的实测排放值进行了对比。 【关键词】：天然气发动机 压缩比 燃烧室形状 排放预测
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：U464.9
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究目的及意义11-12
• 1.2 课题的国内外研究概况12-15
• 1.2.1 准维排放预测模型13-14
• 1.2.2 多维模型14-15
• 1.3 课题研究内容的确定15-17
• 1.3.1 研究对象15
• 1.3.2 研究内容15-17
• 第二章 点燃式发动机排放预测理论17-32
• 2.1 碳氢燃料燃烧的化学平衡计算17-23
• 2.1.1 燃烧平衡计算原理及基础公式17-20
• 2.1.2 化学平衡常数Kpi计算20-21
• 2.1.3 平衡产物热力状态参数计算21-23
• 2.2 每循环缸内参数计算23-24
• 2.2.1 每循环缸内混合气总质量23
• 2.2.2 气缸总体积和总面积23-24
• 2.3 双区燃烧模型24-26
• 2.3.1 双区燃烧模型介绍24-25
• 2.3.2 模型的基本方程25-26
• 2.4 双区模型相关模型26-29
• 2.4.1 紊流火焰传播模型27-28
• 2.4.2 传热模型28-29
• 2.5 NO排放预测模型29-32
• 第三章 不同燃烧室形状的几何模型32-44
• 3.1 节点积分法计算原理32-37
• 3.2 不同燃烧室形状的几何参数计算37-44
• 3.2.1 气缸部分计算37-40
• 3.2.2 燃烧室部分计算40-44
• 第四章 程序的实现与通用化44-55
• 4.1 程序的实现44-50
• 4.1.1 虚拟仪器LabVIEW简介44-45
• 4.1.2 程序说明及主要流程图45-50
• 4.2 程序的通用化50-55
• 4.2.1 程序的功能50-51
• 4.2.2 程序通用化示例51-55
• 第五章 排放预测程序的验证与应用55-67
• 5.1 排放预测程序的验证55-59
• 5.1.1 计算参数确定55-56
• 5.1.2 额定工况下的排放预测的验证56-57
• 5.1.3 缸内温度变化规律分析57-58
• 5.1.4 排放物变化规律分析58-59
• 5.2 排放预测程序的应用59-67
• 5.2.1 相同燃烧室形状不同压缩比的排放预测59-61
• 5.2.2 相同压缩比不同燃烧室形状的排放预测61-65
• 5.2.3 改装前后发动机排放对比65-67
• 结论与展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文72-73

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