以汽油及天然气为燃料的HCCI燃烧过程三维数值模拟的研究

【摘要】： 均质充量压燃(HCCI)燃烧技术是降低传统内燃机排放，提高内燃机经济效率的重要技术措施之一。近十余年来，HCCI燃烧技术已经引起了国内外学术界和工业界的高度关注，逐步从纯理论研究开始向数值模拟以及实验研究扩展开来，有关HCCI燃烧的研究工作更加广泛和深入。控制HCCI的着火过程，拓宽HCCI运行工况范围是发动机实现HCCI燃烧模式的重点和难点。 本文应用FIRE软件，建立单缸HCCI发动机的三维燃烧模型，模拟了燃料油为汽油和天然气的均质压燃的燃烧过程，以汽油为燃料的数值模拟结果与实验进行了对比。结果表明，模拟条件与实验条件相同的情况下，模拟得出的缸内温度、放热率和燃烧相位的关系与实验数据符合较好，证明应用FIRE软件所建立的燃烧模型能够用于HCCI发动机燃烧过程的模拟计算。然后数值预测了变参数条件下汽油的均质压燃的燃烧过程，通过对得到的缸内温度曲线和放热率曲线及缸内三维流场图和缸内等温线图的比较，分析了汽油的均质压燃的燃烧过程。 在此基础上，模拟了燃料油为天然气的均质压燃的燃烧过程。分别研究了进气温度变化、当量比变化、转速变化、冷壁面温度变化、EGR变化时对缸内温度和放热率变化曲线的影响。充分利用三维模拟结果，对于不同初始条件下，缸内温度和放热率的曲线，缸内三维流场图和缸内等温线图，进行了详细分析。 通过对汽油和天然气两种燃料的HCCI燃烧过程的三维数值模拟，分析和比较了以汽油和天然气为燃料的HCCI发动机燃烧特性的不同影响因素，为改善HCCI发动机的性能提供了理论依据，并且为HCCI发动机的优化设计提供了丰富的数值研究资料，具有一定的理论意义和实用价值。 【关键词】：HCCI 数值模拟 FIRE 汽油 天然气
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TK401
【目录】：

• 目录4-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 主要符号表8-9
• 第一章 绪论9-27
• 1.1 引言9-10
• 1.2 HCCI发动机均匀充量压缩燃烧的原理及特点10-11
• 1.3 当前HCCI燃烧方式存在的问题及解决方法11-12
• 1.3.1 混和气的制备11
• 1.3.2 燃烧过程的控制11-12
• 1.3.3 可行的运行范围12
• 1.4 HCCI燃烧过程控制办法12-15
• 1.4.1 变配气正时对HCCI燃烧过程的影响12-13
• 1.4.2 变EGR率对HCCI燃烧过程的影响13-15
• 1.5 HCCI燃烧模式的研究现状15-19
• 1.6 HCCI燃烧计算模型简介19-21
• 1.6.1 单区模型20
• 1.6.2 双区和多区模型20-21
• 1.6.3 多维模型21
• 1.7 HCCI的化学动力学模型21-26
• 1.7.1 HCCI对反应动力学模型的基本要求22
• 1.7.2 详细的化学动力学模型22-23
• 1.7.3 简化的化学动力学模型23-26
• 1.8 论文的主要内容26-27
• 第二章 计算的数学模型及控制方程27-40
• 2.1 FIRE软件的初始条件和推荐方程27-28
• 2.2 SPECIES TRANSPORT模块标准输运模型的变量和方程28-30
• 2.3 化学反应模型(碳氢化合物自动点火机理)30-31
• 2.4 燃烧模型(漩涡破碎模型)31-32
• 2.5 数学模型32-40
• 2.5.1 控制容积的守恒方程32-36
• 2.5.2 雷诺平均输运方程36-37
• 2.5.3 紊流κ-ε模型37-38
• 2.5.4 边界条件:壁面函数38-40
• 第三章 计算结果及分析40-67
• 3.1 以汽油为燃料油的模拟计算40-53
• 3.1.1 网格的生成40-42
• 3.1.2 计算结果分析42-53
• 3.2 以天然气为燃料的模拟计算53-65
• 3.2.1 当量比为0.6、EGR率为0.3、壁面温度为400K的情况下不同转速、不同进气温度的影响分析54-61
• 3.2.2 转速为1000r/min、进气温度为467K、EGR率为0.3、壁面温度为400K的情况下不同当量比的影响分析61-62
• 3.2.3 转速为1000r/min、进气温度为467K、EGR率为0.3、燃空当量比为0.6的情况下不同壁面温度的影响分析62-64
• 3.2.4 转速为1000r/min、进气温度为467K、壁温为400K、燃空当量比为0.6的情况下不同EGR率的影响分析64-65
• 3.3 天然气和汽油的燃烧特性比较65-67
• 第四章 总结与展望67-69
• 4.1 全文工作总结及主要结论67-68
• 4.2 展望68-69
• 参考文献69-75
• 致谢75-76
• 学位论文评阅及答辩情况表76

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