柴油引燃缸內(nèi)直噴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)爆震燃燒過(guò)程的仿真研究

【摘要】：在柴油引燃缸內(nèi)直噴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，天然氣是主要燃料，提供90%多的能量。該種發(fā)動(dòng)機(jī)既可以減少對(duì)石油燃料的消耗，與柴油機(jī)相比，污染物和溫室氣體的排放也大大減少，同時(shí)熱效率與柴油機(jī)相當(dāng)。在柴油引燃缸內(nèi)直噴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，接近壓縮上止點(diǎn)時(shí)，氣缸中噴入少量柴油，柴油被壓燃，燃燒產(chǎn)生的高溫產(chǎn)物或高溫區(qū)域?qū)⒃诓裼椭笾苯訃娙霘飧椎奶烊粴庖迹慌c柴油機(jī)中燃燒方式相似，該發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒過(guò)程包括預(yù)混合燃燒階段和擴(kuò)散燃燒階段。但在一些工況下，柴油與天然氣的噴射參數(shù)不恰當(dāng)時(shí)，預(yù)混合燃燒階段反應(yīng)會(huì)非常迅速，缸內(nèi)會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的爆震，產(chǎn)生很大燃燒噪聲，甚至損害發(fā)動(dòng)機(jī)。 本文應(yīng)用三維流體仿真軟件CONVERGE模擬了某型號(hào)柴油引燃缸內(nèi)直噴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震燃燒過(guò)程，并用專業(yè)的后處理軟件Fieldview處理模擬結(jié)果。提取了燃燒室中8個(gè)代表位置的局部壓力變化，用局部壓力最大波動(dòng)幅度平均值定義的爆震指標(biāo)衡量爆震強(qiáng)度。本文研究了該發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震燃燒過(guò)程特點(diǎn)，及天然氣噴射時(shí)刻、引燃柴油量和缸內(nèi)初始溫度對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的影響。研究結(jié)果如下： 1、不同于在汽油機(jī)中由于末端混合氣自燃引起的缸內(nèi)壓力波動(dòng)而發(fā)生的爆震現(xiàn)象，在柴油引燃缸內(nèi)直噴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，預(yù)混合燃燒階段過(guò)快的燃燒速率引起的爆震。爆震主要發(fā)生在燃燒初始階段，爆震時(shí)缸內(nèi)有明顯的壓力波動(dòng)，且缸內(nèi)不同位置處壓力波動(dòng)幅度大小不同，且靠近缸壁處波動(dòng)幅度較大。 2、柴油的噴射量與噴射時(shí)刻不變，改變天然氣的噴射時(shí)刻，兩種燃料的起始噴射時(shí)間間隔角度分別為3°CA、5°CA、8°CA，三種條件下的爆震指標(biāo)分別為0.77MPa、0.16MPa、0.36MPa。爆震強(qiáng)度并不隨著噴射時(shí)間間隔越短就越強(qiáng)。 3、天然氣的噴射時(shí)刻與噴射量固定不變，引燃柴油的噴射時(shí)刻不變，改變引燃柴油量，柴油占燃料總能量的比例分別為2.9%、5.6%、8.2%，三種情況下爆震指標(biāo)分別為0.30MPa、0.53MPa、1.31MPa。爆震強(qiáng)度隨著引燃柴油量的增加增強(qiáng)。 4、引燃柴油與天然氣的噴射參數(shù)都不變，只改變缸內(nèi)初始溫度，初始溫度分別為330K、340K、350K，三種工況下爆震指標(biāo)值分別為0.30MPa、0.77MPa、0.86MPa。爆震強(qiáng)度隨著初始溫度的升高增強(qiáng)。 5、不同于柴油機(jī)中滯燃期越長(zhǎng)，預(yù)混合燃燒階段放熱速率會(huì)更快，工作越粗暴的現(xiàn)象，在柴油引燃缸內(nèi)直噴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，爆震強(qiáng)度與滯燃期長(zhǎng)度并不成正比例的關(guān)系，即預(yù)混合燃燒階段可燃?xì)怏w量與滯燃期的長(zhǎng)短無(wú)確定關(guān)系。 【關(guān)鍵詞】：柴油引燃 直噴 天然氣 爆震 仿真
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK421.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 研究背景與意義10-15
• 1.1.1 研究背景10-14
• 1.1.2 研究意義14-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容17-18
• 第2章 柴油引燃缸內(nèi)直噴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)爆震模型建立18-30
• 2.1 基本控制方程19-20
• 2.2 CFD 數(shù)學(xué)模型的建立20-26
• 2.2.1 湍流模型20-21
• 2.2.2 噴霧模型21-23
• 2.2.3 爆震燃燒模型23-26
• 2.3 CFD 網(wǎng)格模型的建立26-27
• 2.4 模型驗(yàn)證27-29
• 2.4.1 計(jì)算邊界條件27-28
• 2.4.2 模型準(zhǔn)確性驗(yàn)證28-29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 第3章 柴油引燃缸內(nèi)直噴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)爆震主要特征仿真分析30-40
• 3.1 爆震燃燒宏觀特征分析30-32
• 3.2 爆震燃燒微觀參數(shù)場(chǎng)分析32-38
• 3.3 本章小結(jié)38-40
• 第4章 柴油引燃缸內(nèi)直噴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)爆震規(guī)律仿真分析40-62
• 4.1 天然氣噴射時(shí)刻對(duì)爆震燃燒的影響40-47
• 4.1.1 天然氣噴射時(shí)刻對(duì)爆震燃燒特性的影響40-43
• 4.1.2 天然氣噴射時(shí)刻對(duì)爆震燃燒過(guò)程的影響43-47
• 4.2 引燃柴油量對(duì)爆震燃燒的影響47-53
• 4.2.1 引燃柴油量對(duì)爆震燃燒特性的影響48-50
• 4.2.2 引燃柴油量對(duì)爆震燃燒過(guò)程的影響50-53
• 4.3 初始溫度對(duì)天然氣爆震燃燒的影響53-59
• 4.3.1 初始溫度對(duì)爆震燃燒特性的影響54-56
• 4.3.2 初始溫度對(duì)爆震燃燒過(guò)程的影響56-59
• 4.4 本章小結(jié)59-62
• 第5章 全文總結(jié)及工作展望62-66
• 5.1 全文總結(jié)62-63
• 5.2 工作展望63-66
• 參考文獻(xiàn)66-74
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間所取得的科研成果74-76
• 致謝76

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