雙火花塞對低排放天然氣發(fā)動機燃燒影響仿真研究

【摘要】：隨著傳統(tǒng)能源危機日益加劇,天然氣燃料作為車用的替代燃料有著諸多優(yōu)勢,其市場應用前景廣闊。壓縮天然氣發(fā)動機在當量比為1的燃燒模式可以用轉化效率高、成本低的三元崔效轉化器進行廢氣后處理,從而滿足嚴苛的排放法規(guī)。此種燃燒模式的問題是在大負荷下發(fā)動機的熱負荷高、爆震傾向加劇,同時CNG(Compress Nature Gas)燃料的火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊?使得發(fā)動機效率降低。因此,本文基于在當量比為1、通入大EGR率進行降低大負荷下發(fā)動機的熱負荷、使用雙火花塞點火技術實現(xiàn)缸內(nèi)工質快速燃燒的技術路線。首先借助GT-POWER軟件建立了發(fā)動機一維仿真平臺,研究不同EGR率對發(fā)動機性能的影響規(guī)律,并得出在低高負荷下能夠達到的最大EGR率,然后利用AVL-FIRE三維仿真軟件對大負荷下所能達到的最大EGR率聯(lián)合雙火花塞點火技術的燃燒過程進行了客觀研究,得出了不同點火策略及點火能量對發(fā)動機性能的影響規(guī)律。本文先是基于GT-POWER軟件建立的一維仿真平臺在25%和75%負荷、當量比為1、轉速=2840r/min條件下,研究了不同的EGR率對CNG發(fā)動機性能的影響規(guī)律。結果表明:隨著EGR率的增加,在低、高負荷時會使得缸內(nèi)燃燒峰值壓力降低、放熱率曲線后移;中冷EGR需要達到一定量才能起到降低機內(nèi)溫度的作用,在低負荷所研究的最大EGR率(15%)并不能夠起到降低熱負荷的作用,在高負荷EGR率達到17%時溫度開始下降,在超過20%時溫度可以控制在700℃以內(nèi);CNG燃料于當量比燃燒狀態(tài)下,高負荷(75%負荷)通入EGR時可以降低CO的生成量,而在低負荷(25%負荷)時有大量CO生成,均可以很好的抑制NOx的生成量,HC生成量增加;仿真結果為實驗的進行提供了客觀的研究規(guī)律,隨著EGR率的增加,CNG發(fā)動機的經(jīng)濟性變差,有一定的開發(fā)空間(可用雙火花塞的快速燃燒技術進行開發(fā)),綜合上述分析,在低負荷時不適合通入EGR?；谝痪S平臺的仿真結果和規(guī)律,借助AVL-FIRE三維仿真軟件進行了在25%EGR率、75%負荷、當量比為1時單雙火花塞不同點火策略及其最優(yōu)點火提前角、點火能量對CNG發(fā)動機燃燒過程及性能的定性及定量分析。結果表明:雙火花塞點火可以縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x,有效地提高火焰的傳播速度。在大EGR率(25%)下,合理的點火正時可以更好的將單、雙火花塞點火策略對CNG發(fā)動機的性能發(fā)揮到最佳,單火花塞點火的最佳點火正時為655°CA(上止點前65°CA)附近,雙火花塞同步點火為665°CA(上止點前55°CA),雙火花塞異步點火為665-660°CA(上止點前55-60°CA);在最佳點火性能下,雙火花塞點火的燃燒持續(xù)期比單火花塞縮短了20°CA左右;雙火花塞點火策略的熱負荷高于單火花塞點火策略;點火正時對不同點火策略的影響程度為:單火花塞的影響最大,雙火花塞同步點火次之,對雙火花塞異步點火影響最小。雙火花塞點火相比于單火花塞點火的指示功率提高2KW,指示燃油消耗率提高8%左右,明顯改善了CNG發(fā)動機性能及燃燒質量;通過對雙火花塞同步于665°CA點火,初始點火能量為35m J、45 m J、55 m J、65 m J對CNG發(fā)動機性能的影響分析,對比研究不同初始點火能量同步點火所產(chǎn)生的火核半徑、缸壓、放熱率、平均溫度、NO生成量及燃燒特性參數(shù)及指示性能指標,在保證能夠正常點火的情況下,初始點火能量對通入大EGR率的當量比(λ=1)工質燃燒過程的影響不大。 【關鍵詞】：CNG發(fā)動機 雙火花塞 EGR 經(jīng)濟性 點火正時優(yōu)化 數(shù)值計算
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK401
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-22
• 引言12
• 1.1 車用天然氣燃料市場現(xiàn)狀12-13
• 1.1.1 車用天然氣燃料的國際形勢及應用特點12-13
• 1.1.2 國內(nèi)車用天然氣燃料的應用現(xiàn)狀13
• 1.2 車用天然氣燃料理化性質13-14
• 1.3 天然氣發(fā)動機的技術路線現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 天然氣發(fā)動機技術的發(fā)展14-15
• 1.3.2 天然氣發(fā)動機當量比燃燒和稀薄燃燒比較15-16
• 1.3.3 天然氣廢氣再循環(huán)技術研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 雙火花塞技術應用研究現(xiàn)狀17-18
• 1.5 本文研究的方法與內(nèi)容18-20
• 1.5.1 研究方法18-19
• 1.5.2 研究內(nèi)容19-20
• 1.5.3 研究意義20
• 1.6 本章小結20-22
• 第二章 不同EGR率對天然氣發(fā)動機性能影響的一維仿真研究22-42
• 2.1 GT-POWER的相關方程、特性簡介22-25
• 2.1.1 流體動力學方程22-24
• 2.1.2 流體特性在燃燒系統(tǒng)的應用24-25
• 2.2 GT-POWER分區(qū)原理及模型介紹25-28
• 2.2.1 二區(qū)燃燒及表觀放熱率方法25-26
• 2.2.2 GT-POWER燃燒模型26-27
• 2.2.3 預測燃燒模型 – 火花塞點火湍流火焰模型27
• 2.2.4 非預測燃燒模型 – 火花塞點火韋伯模型27-28
• 2.3 天然氣發(fā)動機一維模型參數(shù)設置28-33
• 2.4 工況的選擇及模型的檢驗33-35
• 2.4.1 工況的選擇33-34
• 2.4.2 一維模型建立及校驗34-35
• 2.5 不同EGR率對當量比燃燒規(guī)律的仿真研究35-40
• 2.5.1 25%負荷燃燒的缸壓、放熱率仿真分析35-36
• 2.5.2 75%負荷燃燒的缸壓、放熱率仿真分析36-37
• 2.5.3 不同EGR率對排放性、熱負荷、經(jīng)濟性的仿真與實驗研究37-40
• 2.6 本章小結40-42
• 第三章 雙火花塞位置及性能三維仿真研究42-62
• 3.1 AVL-FIRE軟件模型選擇設置42-47
• 3.1.1 AVL-FIRE燃燒模型42-43
• 3.1.2 點火模型43-44
• 3.1.3 火花模型原理44-45
• 3.1.4 排放模型45-47
• 3.1.5 湍流模型47
• 3.2 數(shù)值求解47-48
• 3.3 幾何建模及網(wǎng)格劃分48-50
• 3.3.1 幾何模型的建立48
• 3.3.2 網(wǎng)格劃分48-49
• 3.3.3 計算初始條件及邊界條件49-50
• 3.4 模型驗證及研究路線50
• 3.5 雙火花塞位置的優(yōu)化50-55
• 3.5.1 雙火花塞不同位置型線分析51-52
• 3.5.2 雙火花塞點火不同位置切片分析52-55
• 3.6 單、雙火花塞點火性能比較55-60
• 3.7 本章小結60-62
• 第四章 雙火花塞聯(lián)合EGR技術三維仿真研究62-82
• 4.1 不同點火策略在大EGR率下的最佳點火正時仿真研究62-71
• 4.1.1 單火花塞點火策略在大EGR率下點火正時優(yōu)化62-65
• 4.1.2 雙火花塞同步點火策略在大EGR率下點火正時優(yōu)化65-68
• 4.1.3 雙火花塞異步點火策略在大EGR率下點火正時優(yōu)化68-71
• 4.2 不同點火策略最佳點火正時性能對比分析71-77
• 4.2.1 不同點火策略在最佳點火正時型線及參數(shù)指標分析71-73
• 4.2.2 不同點火策略在最佳點火正時的三維場強分析73-77
• 4.3 最佳點火正時下不同點火策略點火能量研究77-79
• 4.4 本章小結79-82
• 第五章 全文總結及工作展望82-84
• 5.1 全文總結82-83
• 5.2 工作展望83-84
• 參考文獻84-90
• 作者簡介及科研成果90-91
• 致謝91

您可以在本站搜索以下學術論文文獻來了解更多相關內(nèi)容

4ДР(30)/(50)型發(fā)動機燃燒重柴油的試驗    侯玉堂;

使用計算機的發(fā)動機燃燒分析處理裝置    徐開興;

改善低散熱發(fā)動機燃燒過程的措施    楊長林，居蔭誠，舒國才，王懿銘

發(fā)動機燃燒過渡特性分析儀的開發(fā)與應用    朱亞娜,唐亞利

先進發(fā)動機燃燒基礎研究的進展和關鍵科學問題    劉濤;紀軍;衛(wèi)海橋;羅坤;

等離子體增強發(fā)動機燃燒技術    鄭鋒;余西龍;管宇;

光學法診斷發(fā)動機燃燒過程的實驗研究    張國軍,盛凱夫,余墩錄,薛中渝

發(fā)動機燃燒過程振動信號復合時頻分析    劉立,申焱華

運用韋柏函數(shù)分析發(fā)動機燃燒過程時若干問題的探討    熊銳,李德桃,朱亞娜,黃躍欣

發(fā)動機燃燒性能的仿真分析    薛冰晶;夏躍利;

改變進氣組分對發(fā)動機燃燒的影響因素分析    張人杰;金英愛;劉研;

惰性組分對煤層氣發(fā)動機燃燒性能影響研究    李從心;張欣;

方便實用的富氫燃料混合氣    陳偉立

基于化學反應動力學的DME發(fā)動機燃燒與排放特性研究    莫春蘭

多缸汽油HCCI發(fā)動機燃燒及排放特性的試驗研究    張開強

基于測試系統(tǒng)的發(fā)動機燃燒分析    許冠杰

雙火花塞對低排放天然氣發(fā)動機燃燒影響仿真研究    李垂孝

發(fā)動機燃燒分析系統(tǒng)研究    王科理

汽車發(fā)動機燃燒分析系統(tǒng)開發(fā)    呂欣

變組分進氣發(fā)動機燃燒與排放實驗研究    張廣軍

基于飛輪數(shù)據(jù)評價發(fā)動機燃燒均勻性方法的研究    王艷君

富氧條件下發(fā)動機燃燒的數(shù)值模擬與分析    張人杰

氫和含氫氣燃料發(fā)動機燃燒與排放特性研究    湯琪

LPG發(fā)動機燃燒與排放的仿真與實驗研究    陳潤