天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程及進(jìn)氣均勻性研究

【摘要】：隨著汽車(chē)保有量的增加,汽車(chē)尾氣成為主要的大氣污染源之一。由汽車(chē)尾氣等導(dǎo)致的大面積的霧霾天氣嚴(yán)重影響到人們的健康問(wèn)題,成為經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的代價(jià)和困擾中國(guó)政府的難題。天然氣作為車(chē)用燃料具有易于組織燃燒、污染排放物低、溫室氣體排放低、來(lái)源廣泛等優(yōu)點(diǎn)。 本文以6108型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象,建立了包括進(jìn)氣道在內(nèi)的多種燃燒系統(tǒng)三維計(jì)算模型,模擬了發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣、燃燒過(guò)程,比較不同幾何參數(shù)的燃燒室對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)流動(dòng)過(guò)程和燃燒過(guò)程的影響。建立了6108天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)一維工作過(guò)程模型并驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。利用所建立的模型,以改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性為目標(biāo),優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣相位；以提高低速扭矩為目標(biāo)匹配了渦輪增壓器；并研究了不同進(jìn)、排氣系統(tǒng)布置方式對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作均勻性的影響。 三維燃燒過(guò)程數(shù)值計(jì)算表明：適當(dāng)增加擠氣面積有利于缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng),加快后續(xù)的火焰?zhèn)鞑?但擠氣面積過(guò)大,縮口過(guò)小會(huì)導(dǎo)致氣缸橫截面氣流漩渦中心靠近氣缸軸心,從而限制火焰向氣缸四周的傳播,計(jì)算方案一及方案二的結(jié)構(gòu)對(duì)缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)的形成和火焰?zhèn)鞑ニ俾实募涌旄鼮橛欣? 通過(guò)分析配氣相位對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)綜合性能的影響,確定6108天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)刻為上止點(diǎn)前15°,進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻為下止點(diǎn)后20°,排氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)刻為上止點(diǎn)前53°,排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻為上止點(diǎn)后12°時(shí)可以兼顧動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性。優(yōu)化匹配的增壓器壓氣機(jī)工作在高效區(qū)、遠(yuǎn)離喘振線,渦輪工作在高效區(qū),可以有效改善低速扭矩,適合城市公交車(chē)運(yùn)行模式。 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣均勻性計(jì)算結(jié)果表明：進(jìn)氣總管中間進(jìn)氣和排氣總管中間排氣更有利于發(fā)動(dòng)機(jī)各缸工作均勻性的改善,進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)工作不均勻是整個(gè)外特性工況下發(fā)動(dòng)機(jī)工作不均勻最主要的因素,而排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)會(huì)影響進(jìn)氣過(guò)程、殘余廢氣和泵氣損失,繼而影響到氣缸的對(duì)外做功能力,特別是在高速工況下,右側(cè)進(jìn)、排氣系統(tǒng)布置會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣和做功不均勻度的升高。 綜上所述,本文對(duì)6108天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒系統(tǒng)、配氣相位、渦輪增壓器的匹配性及各缸工作均勻性進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。優(yōu)化出了燃燒室結(jié)構(gòu)參數(shù)和兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性的配氣相位,匹配了提高低速扭矩的增壓器,提出了改善發(fā)動(dòng)機(jī)各缸工作均勻性的進(jìn)、排氣系統(tǒng)布置方式。為天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的性能優(yōu)化提供了一定的研究基礎(chǔ)。 【關(guān)鍵詞】：天然氣發(fā)動(dòng)機(jī) 燃燒系統(tǒng) 配氣相位 渦輪增壓器 進(jìn)氣均勻性
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：U464.174
【目錄】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-15
• 符號(hào)說(shuō)明15-16
• 第1章 緒論16-25
• 1.1 引言16-17
• 1.2 天然氣的物理化學(xué)特性及作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的優(yōu)缺點(diǎn)17-19
• 1.3 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)19-22
• 1.3.1 點(diǎn)燃式天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)19-21
• 1.3.2 柴油引燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)21-22
• 1.4 湍流火焰燃燒模型研究現(xiàn)狀22
• 1.5 發(fā)動(dòng)機(jī)工作均勻性的研究現(xiàn)狀22-24
• 1.6 本課題主要研究?jī)?nèi)容24-25
• 第2章 燃燒過(guò)程模擬及燃燒室優(yōu)化設(shè)計(jì)25-45
• 2.1 燃燒模型25-30
• 2.1.1 化學(xué)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)25-26
• 2.1.2 燃料反應(yīng)速率26
• 2.1.3 熱力學(xué)量26-27
• 2.1.4 點(diǎn)火模型27-29
• 2.1.5 火焰表面密度方程的層流項(xiàng)29-30
• 2.2 計(jì)算方案30
• 2.3 計(jì)算網(wǎng)格30-31
• 2.4 流體初始條件及壁面邊界條件31-32
• 2.5 計(jì)算結(jié)果分析32-44
• 2.5.1 壓縮過(guò)程缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)32-35
• 2.5.2 點(diǎn)火前缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)35-39
• 2.5.3 缸內(nèi)火焰?zhèn)鞑顟B(tài)分析39-43
• 2.5.4 放熱率分析43-44
• 2.6 本章小結(jié)44-45
• 第3章 發(fā)動(dòng)機(jī)一維工作過(guò)程模型的建立45-57
• 3.1 數(shù)學(xué)模型45-50
• 3.1.1 流體動(dòng)力學(xué)模型45-47
• 3.1.2 傳熱模型47-48
• 3.1.3 燃燒模型48-50
• 3.2 模型的建立50-53
• 3.2.1 研究對(duì)象及主要參數(shù)50
• 3.2.2 計(jì)算模型的建立50-53
• 3.3 模型的驗(yàn)證53-56
• 3.3.1 外特性模型標(biāo)定53-55
• 3.3.2 大扭矩點(diǎn)負(fù)荷特性標(biāo)定55-56
• 3.4 本章小結(jié)56-57
• 第4章 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)配氣相位及增壓器優(yōu)化匹配57-74
• 4.1 配氣相位優(yōu)化57-66
• 4.1.1 配氣相位對(duì)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響57-59
• 4.1.2 配氣相位優(yōu)化模擬計(jì)算59-66
• 4.2 增壓器優(yōu)化匹配66-73
• 4.2.1 增壓器數(shù)學(xué)模型66-68
• 4.2.2 增壓器優(yōu)化匹配計(jì)算68-73
• 4.3 本章小結(jié)73-74
• 第5章 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作均勻性研究74-86
• 5.1 進(jìn)排氣系統(tǒng)布置方案74-75
• 5.2 工作均勻性分析75-84
• 5.2.1 進(jìn)氣均勻性分析75-78
• 5.2.2 殘余廢氣系數(shù)分析78-80
• 5.2.3 做功均勻性分析80-82
• 5.2.4 最大不均勻度及不均勻度相關(guān)性分析82-84
• 5.3 本章小結(jié)84-86
• 第6章 全文總結(jié)與展望86-88
• 6.1 全文總結(jié)86-87
• 6.2 工作展望87-88
• 參考文獻(xiàn)88-92
• 致謝92-93
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表93

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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

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)及配氣相位優(yōu)化研究    潘芝桂

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)    趙海艷

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

大缸徑天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒過(guò)程數(shù)值模擬研究    邢小偉

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)氣體噴射閉環(huán)控制技術(shù)研究    黃帥