天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程的多維數(shù)值模擬研究

【摘要】： 在能源危機(jī)和環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重的21世紀(jì),天然氣作為新型燃料應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)具有較大優(yōu)勢(shì),天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的研究正在受到越來越多的關(guān)注。深入研究天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程對(duì)指導(dǎo)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)工作具有良好的工程價(jià)值,對(duì)深化天然氣燃燒理論也有重要學(xué)術(shù)意義。 數(shù)值模擬和臺(tái)架試驗(yàn)是研究發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒性能的兩個(gè)主要手段,數(shù)值模擬方法在深化機(jī)理研究,節(jié)約研究成本和提高研究效率方面的優(yōu)勢(shì)尤其突出。本文即采用仿真手段對(duì)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程進(jìn)行了深入的研究分析。 本文在三維數(shù)學(xué)模型中嵌入了化學(xué)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)模型,構(gòu)建了能夠深入研究天然氣燃燒反應(yīng)機(jī)理、了解天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程的數(shù)學(xué)模型。同時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)專用仿真軟件KIVA-3V的基礎(chǔ)上嵌入化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算程序CHEMKIN2.0程序,實(shí)現(xiàn)了上述計(jì)算軟件的的耦合。并應(yīng)用CHEMKIN軟件對(duì)甲烷反應(yīng)詳細(xì)機(jī)理進(jìn)行了分析研究,構(gòu)造了一個(gè)適用于該模型的甲烷燃燒簡(jiǎn)化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理。 應(yīng)用該模型,本文以WT615(CNG)發(fā)動(dòng)機(jī)為模擬對(duì)象,通過試驗(yàn)驗(yàn)證,證明該模型具有一定的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上,通過數(shù)值模擬計(jì)算,研究分析了該發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室結(jié)構(gòu)、壓縮比、點(diǎn)火提前角、渦流比等因素對(duì)整機(jī)性能的影響,分析了缸內(nèi)流場(chǎng)的變化規(guī)律、火焰?zhèn)鞑ミ^程及主要污染物的生成,并重點(diǎn)研究了稀薄燃燒工況天然氣的燃燒特點(diǎn)。在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性及工作可靠性的等方面,計(jì)算結(jié)果可為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化提供一定的理論依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：天然氣發(fā)動(dòng)機(jī) 數(shù)值模擬 化學(xué)動(dòng)力學(xué) 燃燒過程
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：TK431
【目錄】：

• 致謝4-5
• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 研究背景及意義9-11
• 1.1.1 論文研究背景9-11
• 1.1.2 論文研究意義11
• 1.2 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程模擬研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 內(nèi)燃機(jī)燃燒模型的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 化學(xué)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)模型在內(nèi)燃機(jī)燃燒過程模擬中的應(yīng)用12-14
• 1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容14-16
• 2 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒化學(xué)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)的研究16-31
• 2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)燃料燃燒詳細(xì)化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型的研究16-19
• 2.1.1 概述16-17
• 2.1.2 正庚烷和異辛烷詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理的介紹17-19
• 2.2 簡(jiǎn)化的化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型及其構(gòu)筑方法19-22
• 2.2.1 常用簡(jiǎn)化模型構(gòu)筑方法19-21
• 2.2.2 甲烷簡(jiǎn)化動(dòng)力學(xué)模型21-22
• 2.3 天然氣燃燒反應(yīng)簡(jiǎn)化機(jī)理的研究22-27
• 2.3.1 簡(jiǎn)化機(jī)理主要反應(yīng)組分的研究23-24
• 2.3.2 主要反應(yīng)路徑的分析研究24-25
• 2.3.3 動(dòng)力學(xué)模型簡(jiǎn)化反應(yīng)機(jī)理的比較分析25-27
• 2.4 化學(xué)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)數(shù)學(xué)模型的建立27-30
• 2.4.1 基本反應(yīng)速率計(jì)算子模型27-29
• 2.4.2 第三類元素參與反應(yīng)的計(jì)算方法29
• 2.4.3 壓力對(duì)反應(yīng)影響因素的計(jì)算方法29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 3 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程多維數(shù)學(xué)模型的建立31-41
• 3.1 數(shù)學(xué)模型的建立31-36
• 3.1.1 基本控制方程組31-33
• 3.1.2 湍流模型33-36
• 3.2 化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型的耦合36
• 3.3 數(shù)值方法及初邊值條件的確定36-40
• 3.3.1 數(shù)值計(jì)算方法概述36-37
• 3.3.2 時(shí)間差分和空間差分37
• 3.3.3 控制方程離散化37-38
• 3.3.4 初始條件和邊界條件的確定38-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 4 耦合化學(xué)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)多維數(shù)學(xué)模型的實(shí)現(xiàn)及試驗(yàn)驗(yàn)證41-53
• 4.1 數(shù)學(xué)模型的實(shí)現(xiàn)41-46
• 4.1.1 多維數(shù)學(xué)模型計(jì)算程序特性分析41-45
• 4.1.2 化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算程序分析45-46
• 4.2 耦合子數(shù)學(xué)模型的程序?qū)崿F(xiàn)46-48
• 4.3 試驗(yàn)驗(yàn)證48-51
• 4.3.1 試驗(yàn)測(cè)試設(shè)備48-49
• 4.3.2 計(jì)算模型的建立49-50
• 4.3.3 計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比50-51
• 4.4 本章小結(jié)51-53
• 5 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程數(shù)值模擬計(jì)算分析53-70
• 5.1 缸內(nèi)流場(chǎng)的合理組織53-60
• 5.1.1 燃燒室?guī)缀涡螤顚?duì)缸內(nèi)流場(chǎng)形成的影響53-58
• 5.1.2 進(jìn)氣渦流對(duì)缸內(nèi)流場(chǎng)的影響58-60
• 5.2 稀薄燃燒工況的燃燒特性研究60-64
• 5.2.1 不同濃度混合氣燃燒特性比較分析61-63
• 5.2.2 稀燃工況混合氣濃度的優(yōu)化63-64
• 5.3 發(fā)動(dòng)機(jī)部分燃燒性能的特性分析64-69
• 5.3.1 排氣溫度隨工況的變化趨勢(shì)64-66
• 5.3.2 排放性能研究分析66-69
• 5.4 本章小結(jié)69-70
• 6 結(jié)論與展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-75
• 作者簡(jiǎn)歷75-76

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

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

纖維束沖擊拉伸的數(shù)值模擬    金宏彬

重型靜壓推力軸承力學(xué)性能及油膜態(tài)數(shù)值模擬研究    于曉東

中高層大氣中三維重力波非線性傳播的數(shù)值研究    吳少平

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

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

汽車外部空氣動(dòng)力噪聲研究    楊博

汽車超車過程的氣動(dòng)特性研究    吳允柱

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程的多維數(shù)值模擬研究    孟金喆

葉片的彎扭對(duì)軸流泵汽蝕抑制的研究    劉仲祥

油氣分離器數(shù)值模擬與分離性能研究    孫秀君

大面積鈦/鋼復(fù)合板爆炸焊接過程的有限元模擬與分析    薛治國(guó)

定量配產(chǎn)器結(jié)構(gòu)及特性研究    徐艷

船舶居住艙室氣流組織數(shù)值仿真研究    程?hào)|梅

粘性液滴的形成與沉積擴(kuò)散的數(shù)值模擬    劉華敏

鼻中隔偏曲鼻腔流場(chǎng)數(shù)值模擬    張瀟文

鰭片管省煤器流動(dòng)與傳熱特性數(shù)值模擬及結(jié)構(gòu)優(yōu)化    盧權(quán)

旋噴結(jié)合水泥分解爐流動(dòng)和反應(yīng)特性的研究    曾令艷