天然氣發(fā)動機(jī)缸內(nèi)三維數(shù)值模擬.pdf

1、在能源危機(jī)和環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重的今天，液化天然氣(LiquefiedNatural Gas簡稱LNG)作為一種清潔的代用燃料在發(fā)動機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。由于天然氣的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷?，發(fā)動機(jī)存在平均有效壓力低、局部熱負(fù)荷高及熱效率不高等問題，因此必須從改善缸內(nèi)燃燒過程來提高發(fā)動機(jī)的性能，研究直噴式天然氣發(fā)動機(jī)的燃燒過程對指導(dǎo)天然氣發(fā)動機(jī)的設(shè)計開發(fā)工作及提高其動力性和經(jīng)濟(jì)性，有較大的理論及實(shí)際意義。
　　 數(shù)值模擬和臺

2、架試驗(yàn)是研究發(fā)動機(jī)燃燒性能的兩個主要手段，應(yīng)用CFD技術(shù)對發(fā)動機(jī)工作過程進(jìn)行數(shù)值模擬可以提供缸內(nèi)所有相關(guān)變量詳盡而又完備的資料，使研究者清晰地了解缸內(nèi)燃燒的變化歷程，找出燃燒組織不足之處，并采取相應(yīng)的措施改善燃燒。
　　 本文系統(tǒng)的論述了缸內(nèi)燃燒過程的三維數(shù)值模擬計算模型和數(shù)值計算方法，其對缸內(nèi)氣體的氣相湍流流動模型，缸內(nèi)火花塞點(diǎn)火模型和燃燒模型在理論上進(jìn)行了具體的分析。應(yīng)用AVL公司開發(fā)的三維數(shù)值模擬FIRE軟件，對在CA20

3、汽油機(jī)基礎(chǔ)上開發(fā)的CA20型LNG缸內(nèi)直接噴射發(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，在模型得到試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，對該LNG缸內(nèi)直接噴射發(fā)動機(jī)的氣體運(yùn)動過程和燃燒過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，詳細(xì)地展示了缸內(nèi)流場、缸內(nèi)CH4濃度場和溫度場以及排放物的分布規(guī)律。
　　 應(yīng)用FIRE軟件，本文主要從以下兩方面對一臺CA20型車用直噴式天然氣發(fā)動機(jī)的缸內(nèi)流場和燃燒過程進(jìn)行了詳盡的模擬計算與分析：①燃燒室形狀：在壓縮比ε=12的情況下

4、，開發(fā)了設(shè)計了幾種不同燃燒室凹坑位置的燃燒室，對比了這幾種燃燒室的缸內(nèi)流場，分析了不同形狀燃燒室的缸內(nèi)溫度及排放物濃度分布情況。研究結(jié)果表明：缸內(nèi)氣流運(yùn)動對燃燒過程有較大影響。恰當(dāng)?shù)娜紵野伎游恢每梢詫D流運(yùn)動起到一定的導(dǎo)向作用，加強(qiáng)了擠氣效果，增大了上止點(diǎn)附近燃燒室內(nèi)的湍流強(qiáng)度，提高了燃燒速度。②點(diǎn)火提前角：對于相同形狀的燃燒室，采用不同的點(diǎn)火提前角對LNG缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)燃燒過程進(jìn)行模擬仿真計算。研究結(jié)果表明：恰當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火提前角可以使N