壓燃式天然氣發(fā)動機(jī)燃燒過程模擬計(jì)算和試驗(yàn)研究

【摘要】： 本文提出了一種新的壓燃式天然氣發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)。為了使高辛烷值的天然氣實(shí)現(xiàn)壓縮著火,該系統(tǒng)采用了高壓縮比、電熱塞助燃和燃燒室壁面噴涂隔熱層等技術(shù)措施,并采用了進(jìn)氣預(yù)熱。為了克服高辛烷值天然氣在壓縮著火和燃燒過程中出現(xiàn)的失火和敲缸現(xiàn)象,該燃燒系統(tǒng)采用了分隔室式燃燒室結(jié)構(gòu)和天然氣復(fù)合供氣系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)了主、副燃燒室內(nèi)的混合氣濃度分層和溫度分層,有效地控制了著火時(shí)刻及燃燒速度,拓展了發(fā)動機(jī)的運(yùn)行范圍。為了進(jìn)一步改善發(fā)動機(jī)的起動性,擴(kuò)展稀燃界限,增大高負(fù)荷運(yùn)行范圍,采用了助燃添加劑和熱EGR的技術(shù)措施,取得了明顯的效果。 本文介紹了這一壓燃式天然氣發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)的研制和開發(fā)工作,其中包括新型燃燒系統(tǒng)的構(gòu)思、燃燒室形狀和隔熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、復(fù)合供氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、EGR系統(tǒng)設(shè)計(jì)、助燃添加劑供給系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。 本文介紹了作者對這一燃燒系統(tǒng)進(jìn)行的模擬計(jì)算和燃燒機(jī)理分析。 為對這一燃燒系統(tǒng)進(jìn)行模擬計(jì)算,研究其燃燒機(jī)理和影響因素,首先建立了由23種物質(zhì)和42個(gè)基元反應(yīng)式組成的天然氣化學(xué)動力學(xué)簡化機(jī)理,并將該機(jī)理與CFD模擬軟件相結(jié)合對壓縮著火天然氣發(fā)動機(jī)的燃燒過程進(jìn)行了模擬計(jì)算。模擬計(jì)算結(jié)果表明,復(fù)合供氣模式能夠通過進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣終了缸內(nèi)混合氣濃度、電熱塞溫度、高低壓供氣量、高壓噴氣起始時(shí)刻等參數(shù)的優(yōu)化組合在燃燒室內(nèi)形成合理的混合氣濃度分層和溫度分層,實(shí)現(xiàn)了兩級燃燒,擴(kuò)大了發(fā)動機(jī)的運(yùn)行范圍。進(jìn)氣溫度、電熱塞溫度及供氣量等運(yùn)行參數(shù)對壓縮著火天然氣發(fā)動機(jī)的著火和燃燒過程影響較大,它們主要是通過改變主、副室內(nèi)混合氣溫度分層和濃度分層效果來影響著火和燃燒過程的;燃燒室?guī)缀涡螤顚θ紵阅艿挠绊懼饕峭ㄟ^氣流運(yùn)動起作用的。渦流對著火的影響要強(qiáng)于湍流,湍流的主要作用在于促進(jìn)提高燃燒速度,縮短燃燒持續(xù)時(shí)間。 本文還介紹了作者在原理樣機(jī)上進(jìn)行的試驗(yàn)研究,試驗(yàn)結(jié)果與模擬計(jì)算相吻合。試驗(yàn)結(jié)果表明,進(jìn)氣道低壓供氣模式最容易起動,其次為復(fù)合供氣模式,缸內(nèi)高壓供氣模式難以起動。當(dāng)壓力升高率超過0.65MPa/℃A時(shí),發(fā)動機(jī)出現(xiàn)輕微敲缸現(xiàn)象,而當(dāng)壓力升高率超過0.78MPa/℃A時(shí),發(fā)動機(jī)出現(xiàn)較強(qiáng)烈的敲缸現(xiàn)象。發(fā)動機(jī)運(yùn)行范圍受到失火和敲缸的限制。二叔丁基過氧化物添加劑的加入由于能在較低的溫度下分裂出自由基,同時(shí)又能在低溫下放出熱量,從而加快了連鎖反應(yīng)的速度,故對天然氣的著火有明顯的改善作用;采用熱EGR可推遲著火時(shí)刻,降低燃燒速度,有利于克服發(fā)動機(jī)燃燒敲缸,擴(kuò)大高負(fù)荷運(yùn)行范圍。 【關(guān)鍵詞】：天然氣發(fā)動機(jī) 壓縮著火 化學(xué)動力學(xué)機(jī)理 模擬計(jì)算 添加劑 廢氣再循環(huán)
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TK431
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 緒論9-35
• 1.1 前言9-10
• 1.2 天然氣發(fā)動機(jī)發(fā)展歷程及前景10-11
• 1.3 天然氣作為發(fā)動機(jī)燃料的主要優(yōu)點(diǎn)及其主要特性11-12
• 1.4 天然氣發(fā)動機(jī)技術(shù)研究現(xiàn)狀12-26
• 1.4.1 火花點(diǎn)燃式天然氣發(fā)動機(jī)12-19
• 1.4.2 CNG／柴油雙燃料引燃式天然氣發(fā)動機(jī)19-20
• 1.4.3 壓燃式天然氣發(fā)動機(jī)20-26
• 1.5 CFD 模擬計(jì)算在發(fā)動機(jī)開發(fā)中的應(yīng)用現(xiàn)狀26-31
• 1.5.1 化學(xué)動力學(xué)機(jī)理27-29
• 1.5.2 CFD 多維模擬軟件29-30
• 1.5.3 CFD 與化學(xué)動力學(xué)耦合的數(shù)值模擬技術(shù)研究現(xiàn)狀30-31
• 1.6 課題的研究意義和內(nèi)容31-35
• 第二章 CFD 計(jì)算模型及數(shù)值計(jì)算方法35-58
• 2.1 湍流流動模型35-39
• 2.1.1 湍流流動的基本控制方程組35-36
• 2.1.2 湍流物理量時(shí)均值定義及運(yùn)算規(guī)則36-37
• 2.1.3 湍流 Reynolds 時(shí)均方程37-38
• 2.1.4 k-ε湍流模型38-39
• 2.2 化學(xué)動力學(xué)模型39-51
• 2.2.1 化學(xué)動力學(xué)基本原理39-40
• 2.2.2 天然氣的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)過程40-43
• 2.2.3 天然氣化學(xué)動力學(xué)簡化模型43-50
• 2.2.4 簡化機(jī)理有效性的驗(yàn)證50-51
• 2.3 CFD 與化學(xué)動力學(xué)機(jī)理的耦合51-52
• 2.4 數(shù)值計(jì)算方法52-56
• 2.4.1 有限容積離散方法52-54
• 2.4.2 多變量耦合方程的求解—SIMPLE 解耦方法54-55
• 2.4.3 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)55-56
• 2.4.4 初始條件和邊界條件56
• 2.5 本章小結(jié)56-58
• 第三章 發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、模型驗(yàn)證及模擬計(jì)算中若干問題的研究58-78
• 3.1 復(fù)合供氣壓縮著火天然氣發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)58-62
• 3.1.1 燃燒室結(jié)構(gòu)59
• 3.1.2 天然氣復(fù)合供氣系統(tǒng)59-61
• 3.1.3 輔助措施61
• 3.1.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)61-62
• 3.2 復(fù)合供氣天然氣發(fā)動機(jī)試驗(yàn)結(jié)果62-67
• 3.2.1 試驗(yàn)臺架組成62-64
• 3.2.2 噴氣速率的標(biāo)定64
• 3.2.3 復(fù)合供氣壓燃式天然氣發(fā)動機(jī)的實(shí)驗(yàn)分析64-67
• 3.3 模型的驗(yàn)證67-71
• 3.3.1 計(jì)算網(wǎng)格67-68
• 3.3.2 模型有效性驗(yàn)證68-71
• 3.4 模擬計(jì)算中若干問題的研究71-77
• 3.4.1 著火時(shí)刻的判斷72-73
• 3.4.2 網(wǎng)格對計(jì)算的影響73-76
• 3.4.3 計(jì)算步長76-77
• 3.5 本章小結(jié)77-78
• 第四章 壓燃式天然氣發(fā)動機(jī)燃燒過程模擬計(jì)算78-123
• 4.1 不同供氣模式下著火和燃燒機(jī)理分析78-104
• 4.1.1 進(jìn)氣道供氣模式下著火和燃燒機(jī)理分析78-86
• 4.1.2 缸內(nèi)供氣模式下著火和燃燒機(jī)理分析86-92
• 4.1.3 復(fù)合供氣模式下著火和燃燒機(jī)理分析92-104
• 4.2 燃燒室?guī)缀涡螤顚怏w流動的影響104-115
• 4.2.1 連接通道直徑對氣流運(yùn)動的影響106-109
• 4.2.2 連接通道傾度對氣流運(yùn)動的影響109-110
• 4.2.3 通道位置對氣流運(yùn)動的影響110-112
• 4.2.4 連接通道形狀對氣流運(yùn)動的影響112-114
• 4.2.5 副燃燒室形狀對氣流運(yùn)動的影響114-115
• 4.3 燃燒室?guī)缀涡螤顚θ紵匦缘挠绊?/span>115-121
• 4.3.1 通道直徑對燃燒過程的影響116-117
• 4.3.2 通道傾角對著火和燃燒過程的影響117-118
• 4.3.3 通道位置對著火和燃燒過程的影響118-119
• 4.3.4 通道形狀對著火和燃燒的影響119-120
• 4.3.5 副室形狀對著火和燃燒的影響120-121
• 4.4 本章小結(jié)121-123
• 第五章 擴(kuò)大壓燃式天然氣發(fā)動機(jī)運(yùn)行范圍的研究123-143
• 5.1 改善壓燃式天然氣發(fā)動機(jī)起動性及擴(kuò)展稀燃界限的研究123-133
• 5.1.1 助燃添加劑改善發(fā)動機(jī)起動性和稀燃界限的試驗(yàn)研究125-130
• 5.1.2 助燃添加劑改善著火性能機(jī)理的 CFD 研究130-133
• 5.2 擴(kuò)大壓燃式天然氣發(fā)動機(jī)高負(fù)荷運(yùn)行范圍的研究133-141
• 5.2.1 擴(kuò)大壓縮著火天然氣發(fā)動機(jī)高負(fù)荷運(yùn)行范圍的CFD 研究135-138
• 5.2.2 擴(kuò)大復(fù)合供氣天然氣發(fā)動機(jī)運(yùn)行范圍的試驗(yàn)研究138-141
• 5.3 本章小結(jié)141-143
• 第六章 全文總結(jié)與展望143-146
• 6.1 全文總結(jié)143-145
• 6.2 未來工作展望145-146
• 創(chuàng)新點(diǎn)146-147
• 參考文獻(xiàn)147-158
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明158-159
• 附錄159-162
• 致 謝162

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柴油—天然氣發(fā)動機(jī)電控氣體燃料噴射技術(shù)的研究    李國岫

TY1100柴油機(jī)燃用天然氣的排放特性研究    胡準(zhǔn)慶,陳淑玲,李廣順,張洪訓(xùn),王效濤

用任意拉格朗日-歐拉法計(jì)算內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)流場    解茂昭

直噴式柴油機(jī)缸內(nèi)渦流、擠流和湍流的數(shù)值研究    解茂昭

直噴式柴油機(jī)燃用天然氣燃料的研究    宋振寰,D.斯蒂芬

電熱塞輔助點(diǎn)火的直噴式天然氣發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)和研制    M．L．Willi,B．G．Richards,王忠勛

大型氣相化學(xué)動力學(xué)軟件包CHEMKIN及其在燃燒中的應(yīng)用    董剛,蔣勇,陳義良,王清安

點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用氣體燃料的噴氣技術(shù)及其試驗(yàn)研究    方祖華,侯樹榮,洪偉,孫志軍,孫濟(jì)美

X105系列柴油機(jī)渦流室燃燒室的研究    陳希舜,徐明恭

BUMP燃燒室"內(nèi)混合氣形成及缸內(nèi)氣流運(yùn)動的研究    趙昌普

改善熱面點(diǎn)火天然氣發(fā)動機(jī)起動和運(yùn)轉(zhuǎn)性能的研究    張德福;張惠明;張金良;張曉川;朱志強(qiáng);

復(fù)合供氣壓燃式天然氣發(fā)動機(jī)的燃燒特性    鄭清平;張惠明;李方成;焦運(yùn)景;張德福;

壓縮點(diǎn)火天然氣發(fā)動機(jī)工作性能試驗(yàn)    王昊宇;張惠明;張德福;鄧玉龍;

壓縮著火天然氣發(fā)動機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀與展望    張德福;

美國能源部撥款用于天然氣發(fā)動機(jī)研究開發(fā)    程永陸

天然氣發(fā)動機(jī)多點(diǎn)順序噴射技術(shù)的開發(fā)研究    劉興華,陳永義,李鐵栓

壓燃式天然氣發(fā)動機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀及展望    鄭清平,張惠明,張德福

1190NT天然氣發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能試驗(yàn)    趙紀(jì)君

2105型天然氣發(fā)動機(jī)用汽化-混合器的模擬試驗(yàn)    胡九章

戴姆勒-克萊斯勒M906LAG天然氣發(fā)動機(jī)介紹    阿煒

減少畜禽糞便的污染——添加劑的使用    黃燦;李季;

航空燃料阻燃添加劑研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向    薛艷;趙升紅;曹文杰;顧鵬翔;王樹雷;

添加劑對Al_2O_3-SiC-C鐵溝澆注料性能的影響    黃剛;彭云濤;方昌榮;

二甲苯用作鋰離子電池過充保護(hù)添加劑的研究    張千玉;馬曉華;

新型鋰離子電池過充保護(hù)添加劑的研究    張千玉;馬曉華;

煤基炭膜在處理高濃度焦化廢水中的應(yīng)用    張小勇;王新偉;劉銳;鄭明東;

潤滑油粘度、添加劑對齒輪傳動振動噪聲的影響    丁津原;楊文通;馬先貴;

巴基管做潤滑油添加劑的摩擦學(xué)性能研究    史兵;雒建斌;路新春;秦力;溫詩鑄;魏秉慶;張華堂;梁吉;高志棟;吳德海;

添加劑對離心SHS陶瓷涂層影響的研究    王貴和;周輝峰;

二聚酸3-氯-2-羥基丙單酯的摩擦學(xué)性能研究    涂政文;李宏;徐建生;高萬振;趙源;

錦州石化添加劑產(chǎn)銷創(chuàng)新紀(jì)錄    特約記者　張一峰

中國添加劑代表團(tuán)將赴日舉辦“中國日”活動    記者謝玲

用添加劑喂豬三注意    呂紀(jì)增

豬肉+黏性材料+添加劑=廉價(jià)火腿    安部司李波

用良心把無添加劑食品做好    安部司李波

添加劑喂豬注意點(diǎn)    呂紀(jì)增

雞常用飼料：營養(yǎng)性添加劑    

不是添加劑惹的禍    本報(bào)記者 羅兵

歐盟對非法添加劑聯(lián)盟開上億罰單    楊寧昱

添加劑，想說愛你不容易    靖博

壓燃式天然氣發(fā)動機(jī)燃燒過程模擬計(jì)算和試驗(yàn)研究    鄭清平

基于智能技術(shù)的內(nèi)燃機(jī)油添加劑優(yōu)選及配伍研究    仝秋紅

鋰離子電池非水電解液的行為研究    胡偉躍

低散熱壓縮著火天然氣發(fā)動機(jī)燃燒過程的試驗(yàn)研究    張德福

稀燃天然氣發(fā)動機(jī)燃燒過程研究和燃燒系統(tǒng)開發(fā)    焦運(yùn)景

滿足國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)壓縮天然氣發(fā)動機(jī)燃燒過程的研究    司鵬鹍

稀燃天然氣發(fā)動機(jī)燃燒循環(huán)變動特性及動力學(xué)特征研究    姚寶峰

添加劑強(qiáng)化拜耳法種分工藝與理論研究    張斌

化學(xué)鍍鎳中添加劑作用和活化過程的機(jī)理研究    胡光輝

添加劑不同組分對綿羊體增重、消化代謝及瘤胃消化影響的研究    鄧先德

壓縮著火天然氣發(fā)動機(jī)燃燒過程的研究    鄧玉龍

新型緩釋氮肥研制及其肥效研究    谷奪魁

流化床焚燒處理高濃度有機(jī)廢液的結(jié)焦結(jié)渣特性研究    呂宏俊

直接結(jié)合鎂鋁磚的研究    陳永強(qiáng)

二元冰蓄冷系統(tǒng)添加劑的研究    唐恒

熔紡聚氨酯纖維改性研究    徐彤

抗熱應(yīng)激添加劑對泌乳水牛泌乳性能的影響    李華

啤酒麥芽制造過程β-葡聚糖及DMS含量動態(tài)變化研究    溫科

表面活性劑的合成及其在銅電解中的應(yīng)用研究    張麗

脈石成分對鐵礦球團(tuán)還原膨脹性能的影響    崔智鑫