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大功率气体燃料发动机进气系统参数优化与混合特性研究
| 论文题名： | 大功率气体燃料发动机进气系统参数优化与混合特性研究 |
| 关键词： | 气体燃料发动机;缸内流场;混合特性;进气系统 |
| 摘要： | 随着新能源勘探技术的诞生、洁净新能源的发现使得燃气能源市场前景看好。近年来，气体燃料发动机作为一类燃烧新型能源的动力装置得到了广泛的关注。而进气系统结构设计在很大程度上决定着进气过程中的气流组织的优劣和燃烧充分程度。同时，对于布置在进气歧管上的气体燃料电控喷射装置，其出流结构、高压喷射时的喷射规律和控制策略是控制发动机缸内空燃比的关键也对缸内流场产生重要影响。因此，以某大功率气体机的进气系统为研究对象，分析进气道流场分布情况并优化进气道结构；优化电控喷射装置的出流结构并结合试验分析研究喷射装置静态和动态喷流特性；采用计算流体动力学与台架试验相结合的方法，研究不同喷射策略对缸内混合气混合特性的影响。改善了进气效率和缸内混合均匀性的同时，为制定喷射装置对缸内空燃比的实时控制策略打下基础。 本研究主要内容包括：⑴采用CFD分析并优化了进气道结构。模拟了某大功率气体机单缸稳态过程压力场、速度场及湍流场，研究不同气门升程下气道的几何结构对流场的影响；分别优化造成气道内流动损失的两个主要参数：气道过渡处圆角和气门锥面弧度，分别优化后的结果与原气道相比，质量流量、体积流量和缸内单位质量工质湍动能都有所提升；综合优化这两个参数，混合优化后的质量流量与体积流量较之原气道分别提升了6.67%、6.69%，缸内单位工质湍动能增大了44.9%，增强了气道的流通性能和缸内工质混合能力。⑵仿真结合试验研究喷射装置流量特性。优化了喷射装置出口结构，且优化后的喷射装置中心流速提升约2.97%，提升了喷射效率，压差为0.4MPa时质量流量提高11.78%；分析喷射装置的静态和动态喷流特性，通过仿真与台架试验结果对比，发现体积流量的相对误差并没有超过5%，质量流量的相对误差控制在4%内，证明了仿真结果的有效性。利用MATLAB中cftool工具箱拟合出喷射装置的质量流量qm与阀门升程h和进出口压差p的映射关系，拟合误差小于3.5%，映射关系可靠。⑶研究了不同喷射策略下发动机缸内混合特性。分析了不同进气迟闭角、燃料组分以及喷射装置喷射策略、安装位置等对气道及缸内甲烷质量分数的影响，发现喷射始点为340oCA比350oCA缸内混合气进气充分性好；喷射脉宽、喷射压力、气体燃料中甲烷含量与缸内空燃比呈反比关系，当喷射脉宽为78oCA时，缸内空燃比为17.5，接近目标空燃比。试验验证喷射阀开启/关闭过渡时间均≤3.5ms，符合技术指标要求；应用电控喷射装置的大功率气体燃料发动机的各缸均匀性较原机改善约为10%，效果显著。 |
| 作者： | 梁箫箫 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 葛文庆;王位元 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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