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大缸徑天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)對(duì)氣體流動(dòng)影響的研究

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大缸徑天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)對(duì)氣體流動(dòng)影響的研究【摘要】:天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)、應(yīng)用能有效促進(jìn)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。提高功率密度、提高熱效率、降低排放,是天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)過(guò)

【摘要】:天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)、應(yīng)用能有效促進(jìn)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。提高功率密度、提高熱效率、降低排放,是天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)過(guò)程中的研究熱點(diǎn)。合理的氣流組織對(duì)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)清潔、高效燃燒有著重要的影響,而進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)是決定缸內(nèi)空氣量及渦流強(qiáng)度的關(guān)鍵因素,直接對(duì)氣流組織和燃燒過(guò)程產(chǎn)生影響。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣道上布置有燃?xì)鈬娮旌凸?jié)氣門,其結(jié)構(gòu)同樣會(huì)對(duì)缸內(nèi)氣體流動(dòng)產(chǎn)生影響。因此,以某中速大缸徑天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)串聯(lián)式切向氣道為研究對(duì)象,采用CFD模擬和氣道穩(wěn)流試驗(yàn)相結(jié)合的方法,研究了進(jìn)氣道結(jié)構(gòu),燃?xì)鈬娮旒肮?jié)氣門結(jié)構(gòu)對(duì)缸內(nèi)氣體流動(dòng)的影響規(guī)律。具體研究?jī)?nèi)容如下:首先,應(yīng)用CFD仿真研究,提出了天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)主特征參數(shù):氣道導(dǎo)向角Av,氣道喉口直徑dv,氣閥錐角An和彎曲半徑R,并研究了其對(duì)氣體流動(dòng)的影響規(guī)律。模擬結(jié)果表明:當(dāng)Av減小7%時(shí),氣道平均流量系數(shù)降低約2%,平均渦流比提高約25%;當(dāng)dv減小4%時(shí),氣道平均流量系數(shù)降低約3%,平均渦流比提高約10%;當(dāng)An減小17%時(shí),氣道平均流量系數(shù)降低約2%,平均渦流比降低約15%;當(dāng)R減小7%時(shí),氣道平均流量系數(shù)降低0.2約%,平均渦流比降低約2%。同時(shí)可將各主特征參數(shù)對(duì)氣體流動(dòng)的影響規(guī)律應(yīng)用在相似機(jī)型進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)開發(fā),若考慮增大進(jìn)氣道的流通性,可優(yōu)先增大喉口直徑dv;若考慮增大進(jìn)氣道的渦流強(qiáng)度,可優(yōu)先減小氣道導(dǎo)向角Av。然后,應(yīng)用CFD仿真研究,確定了燃?xì)鈬娮旌凸?jié)氣門結(jié)構(gòu)對(duì)氣體流動(dòng)的的影響規(guī)律。模擬結(jié)果表明:加裝燃?xì)鈬娮旌凸?jié)氣門后氣道性能稍有變差,平均流量系數(shù)降低約4%,平均渦流比降低約2%,實(shí)際上這種影響主要來(lái)自于燃?xì)鈬娮旖Y(jié)構(gòu)。最后,應(yīng)用3D打印快速成型技術(shù)加工試驗(yàn)件,該方法具有精度高,加工周期短的特點(diǎn),大大減小了試驗(yàn)件鑄造偏差對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響,并極大的縮短了加工周期。同時(shí)開展氣道穩(wěn)流試驗(yàn)驗(yàn)證了CFD仿真計(jì)算的準(zhǔn)確性,分析表明:仿真計(jì)算與穩(wěn)流試驗(yàn)結(jié)果有很高的一致性,可將兩者平均流量系數(shù)的偏差控制在3%以內(nèi),平均渦流比的偏差控制在10%以內(nèi)。本課題的研究實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用CFD仿真技術(shù)對(duì)氣道性能的定性判斷和定量分析,提高了試驗(yàn)驗(yàn)證的效率和水平。CFD仿真技術(shù)與氣道穩(wěn)流試驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合,可作為氣道設(shè)計(jì)開發(fā)的重要手段之一。 【關(guān)鍵詞】:天然氣發(fā)動(dòng)機(jī) 進(jìn)氣道 燃?xì)鈬娮?/strong> 節(jié)氣門 CFD
【學(xué)位授予單位】:中國(guó)艦船研究院
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2015
【分類號(hào)】:TK403
【目錄】:
  • 摘要3-4
  • Abstract4-8
  • 第一章 緒論8-22
  • 1.1 課題研究背景8-10
  • 1.2 氣道評(píng)定方法的現(xiàn)狀10-13
  • 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-20
  • 1.3.1 國(guó)外研究動(dòng)態(tài)13-19
  • 1.3.2 國(guó)內(nèi)研究動(dòng)態(tài)19-20
  • 1.3.3 小結(jié)20
  • 1.4 本課題的研究意義及主要內(nèi)容20-22
  • 1.4.1 研究目的和意義20
  • 1.4.2 主要研究?jī)?nèi)容20-22
  • 第二章 氣體流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型及求解方法22-28
  • 2.1 氣體流動(dòng)控制方程22-23
  • 2.2 湍流模型23-25
  • 2.3 邊界條件25-26
  • 2.4 控制方程的離散及求解26-27
  • 2.5 本章小結(jié)27-28
  • 第三章 進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)對(duì)氣體流動(dòng)的影響研究28-53
  • 3.1 進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)28-30
  • 3.2 進(jìn)氣道仿真模型的建立30-33
  • 3.2.1 幾何模型的建立及計(jì)算網(wǎng)格的生成30-31
  • 3.2.2 進(jìn)出口邊界及初始化31
  • 3.2.3 數(shù)值計(jì)算方法31-32
  • 3.2.4 驗(yàn)證仿真模型32-33
  • 3.3 氣道導(dǎo)向角Av對(duì)氣體流動(dòng)的影響33-41
  • 3.3.1 不同Av值在各升程下的流量系數(shù)和渦流比33-34
  • 3.3.2 不同Av值在不同升程下的流場(chǎng)分布34-36
  • 3.3.3 Av對(duì)氣道流通性的影響36-38
  • 3.3.4 Av對(duì)氣道渦流強(qiáng)度的影響38-41
  • 3.4 氣道彎曲半徑R對(duì)氣體流動(dòng)的影響41-45
  • 3.4.1 不同R值在各升程下的流量系數(shù)和渦流比41-42
  • 3.4.2 R對(duì)氣道流通性的影響42-45
  • 3.5 氣道喉口直徑dv對(duì)氣體流動(dòng)的影響45-49
  • 3.5.1 不同dv值在各升程下的流量系數(shù)和渦流比45-46
  • 3.5.2 dv對(duì)氣道流通性的影響46-48
  • 3.5.3 dv對(duì)氣道渦流強(qiáng)度的影響48-49
  • 3.6 氣閥錐角An對(duì)氣體流動(dòng)的影響49-52
  • 3.6.1 不同An值在各升程下的流量系數(shù)和渦流比49-50
  • 3.6.2 An對(duì)氣道流通性的影響50-51
  • 3.6.3 An對(duì)氣道渦流強(qiáng)度的影響51-52
  • 3.7 本章小結(jié)52-53
  • 第四章 燃?xì)鈬娮旒肮?jié)氣門結(jié)構(gòu)對(duì)氣體流動(dòng)的影響53-64
  • 4.1 燃?xì)鈬娮旒肮?jié)氣門結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)53-54
  • 4.2 仿真模型的建立54-55
  • 4.3 燃?xì)鈬娮旖Y(jié)構(gòu)對(duì)氣體流動(dòng)的影響55-58
  • 4.4 節(jié)氣門結(jié)構(gòu)對(duì)氣體流動(dòng)的影響58-60
  • 4.5 燃?xì)鈬娮旌凸?jié)氣門對(duì)氣體流動(dòng)的影響60-63
  • 4.6 本章小結(jié)63-64
  • 第五章 氣道穩(wěn)流試驗(yàn)64-73
  • 5.1 試驗(yàn)方法64
  • 5.2 渦流的測(cè)量方法64-65
  • 5.3 3D打印試驗(yàn)件65-66
  • 5.4 試驗(yàn)裝置及測(cè)量66-67
  • 5.5 試驗(yàn)與仿真結(jié)果對(duì)比分析67-71
  • 5.6 本章小結(jié)71-73
  • 第六章 全文總結(jié)與展望73-75
  • 6.1 全文總結(jié)73-74
  • 6.2 工作展望74-75
  • 致謝75-77
  • 參考文獻(xiàn)77-79
  • 學(xué)術(shù)論文和科研成果目錄79


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一汽錫柴加快開發(fā)大功率天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)    記者 過(guò)國(guó)忠 通訊員 陳燕

鉆井用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)獲突破    任繼凱 傅偉

電控噴射稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究    竇慧莉

稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程研究和燃燒系統(tǒng)開發(fā)    焦運(yùn)景

滿足國(guó)Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程的研究    司鵬鹍

高性能大功率天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)開發(fā)研究    李樹生

低散熱壓縮著火天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程的試驗(yàn)研究    張德福

燃燒邊界條件對(duì)車用重型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒及排放的影響    余小草

4SH-N天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程優(yōu)化及排放控制    楊立平

壓燃式天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程模擬計(jì)算和試驗(yàn)研究    鄭清平

重型車用增壓中冷稀燃LNG發(fā)動(dòng)機(jī)性能研究    李娜

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋熱負(fù)荷及冷卻水腔內(nèi)沸騰傳熱研究    李智

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)均質(zhì)稀燃的數(shù)值模擬與試驗(yàn)分析    汪源利

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)催化器效率評(píng)價(jià)及低負(fù)荷時(shí)燃燒與排放研究    張悅

公交車用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)國(guó)產(chǎn)化的層次分析法研究與規(guī)?;瘧?yīng)用    竇寶華

電控多點(diǎn)噴射天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)    杜喜云

大馬力天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程數(shù)值模擬及分析    李春節(jié)

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬    吳家平

大缸徑天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能模擬    支琪

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比、點(diǎn)火時(shí)刻及配氣相位優(yōu)化研究    吳岳偉

滿足國(guó)Ⅴ排放的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)    張坤鵬

大型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)數(shù)值模擬分析    熊長(zhǎng)君