CA4102天然氣發(fā)動機(jī)燃燒過程的仿真研究

【摘要】： 隨著石油供應(yīng)的日益緊張,汽車代用燃料近些年來快速發(fā)展,其中壓縮天然氣(Compressed Natural Gas,簡稱CNG)以其豐富的資源和良好的排放特性在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。然而,天然氣的化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定,在燃燒過程中火焰?zhèn)鞑ニ俣容^慢,導(dǎo)致發(fā)動機(jī)存在平均有效壓力和熱效率低、缸內(nèi)局部熱負(fù)荷高、甲烷HC排放高等問題,限制了CNG發(fā)動機(jī)優(yōu)勢的發(fā)揮。因而研究CNG發(fā)動機(jī)的缸內(nèi)燃燒過程對提高發(fā)動機(jī)的性能具有非常重要的意義。 本文利用AVL FIRE軟件對CA4102天然氣發(fā)動機(jī)的壓縮、著火、燃燒及膨脹過程進(jìn)行了建模和仿真計算,在模型得到試驗驗證的基礎(chǔ)上,研究了燃燒室形狀和點火能量對發(fā)動機(jī)性能及排放的影響。計算結(jié)果表明: 1、燃燒室形狀對缸內(nèi)流動和燃燒過程有較大的影響:1)降低點火初期火花塞附近混合氣的流動強(qiáng)度有利于點火后快速地形成穩(wěn)定的火焰中心,縮短火焰發(fā)展期;2)加強(qiáng)靠近火花塞一側(cè)的擠流運(yùn)動強(qiáng)度,可以促進(jìn)火焰向火花塞對側(cè)燃燒室的傳播,同時燃燒室兩側(cè)產(chǎn)生的擠流運(yùn)動相互作用,提高了上止點附近燃燒室內(nèi)的湍流強(qiáng)度,提高了燃燒速度;3)在本文針對CA4102天然氣發(fā)動機(jī)設(shè)計的四個燃燒室中,從提高燃燒速度方面考慮,4#燃燒室最好。 2、點火能量對燃燒過程的影響:增大點火能量,能夠確保快速地形成穩(wěn)定的火焰中心,縮短火焰發(fā)展期,提高缸內(nèi)最高爆發(fā)壓力和放熱率,減少高溫散熱等損失。但當(dāng)點火能量增大到一定值時,對燃燒過程的影響不再明顯。根據(jù)計算結(jié)果,同時兼顧點火系統(tǒng)的壽命和可靠性,宜將CA4102天然氣發(fā)動機(jī)的點火能量選擇在120mJ左右。 【關(guān)鍵詞】：CNG發(fā)動機(jī) 燃燒模擬 燃燒室形狀 點火能量
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TK431
【目錄】：

• 提要4-7
• 第一章 緒論7-15
• 1.1 研究背景7-9
• 1.2 天然氣發(fā)動機(jī)的發(fā)展9-11
• 1.2.1 天然氣發(fā)動機(jī)的發(fā)展歷程9-10
• 1.2.2 天然氣發(fā)動機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢10-11
• 1.3 CFD在內(nèi)燃機(jī)研究上的應(yīng)用11-13
• 1.3.1 天然氣發(fā)動機(jī)仿真研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.2 內(nèi)燃機(jī)工作過程數(shù)值模擬軟件13
• 1.4 本文的主要內(nèi)容13-15
• 第二章 天然氣發(fā)動機(jī)的試驗研究15-20
• 2.1 試驗裝置和試驗方法15-17
• 2.2 試驗結(jié)果17-19
• 2.3 本章小結(jié)19-20
• 第三章 仿真模型的建立及模擬分析20-38
• 3.1 幾何模型的建立20-21
• 3.2 計算網(wǎng)格的建立21-22
• 3.3 仿真模型的選擇及參數(shù)設(shè)置22-28
• 3.3.1 湍流模型22-24
• 3.3.2 著火和燃燒模型24-25
• 3.3.3 排放模型25-26
• 3.3.4 數(shù)值求解26-27
• 3.3.5 計算初始條件和邊界條件27-28
• 3.4 模型驗證28
• 3.5 缸內(nèi)流動和燃燒過程的模擬計算28-37
• 3.5.1 模擬計算結(jié)果分析28-30
• 3.5.2 氣缸內(nèi)相關(guān)物理場分析30-37
• 3.6 本章小結(jié)37-38
• 第四章 燃燒室形狀和點火能量對燃燒過程的影響38-57
• 4.1 燃燒室形狀對缸內(nèi)流動和燃燒過程的影響38-50
• 4.1.1 模擬計算結(jié)果分析38-42
• 4.1.2 氣缸內(nèi)相關(guān)物理場分析42-50
• 4.2 點火能量對燃燒過程的影響50-56
• 4.2.1 模擬計算結(jié)果分析51-53
• 4.2.2 氣缸內(nèi)相關(guān)物理場分析53-56
• 4.3 本章小結(jié)56-57
• 第五章 全文總結(jié)及工作展望57-59
• 5.1 全文總結(jié)57-58
• 5.2 工作展望58-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 圖表索引63-65
• 摘要65-67
• ABSTRACT67-70
• 致謝70

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