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点火式发动机循环变动及掺混甲醇裂解气数值模拟
| 论文题名： | 点火式发动机循环变动及掺混甲醇裂解气数值模拟 |
| 关键词： | 大涡模拟;数值模拟;甲醇裂解气;点火式发动机;循环变动;掺混甲醇裂解气;汽车尾气排放 |
| 摘要： | 随着能源问题不断紧张和世界各地排放法规日益严格，对汽车尾气排放提出更大挑战。经研究发现，发动机在稳定工况下的循环变动对发动机的性能影响很大，因此，对发动机循环变动的研究具有非常重要的意义。 本文基于大涡模拟方法，用三维模拟软件CONVERGE建立仿真模型，对一台点火式发动机进行三维数值模拟，得到了一些工况的缸压曲线，用模拟的缸压曲线与实验结果对比，验证了仿真模型的正确性。之后详细分析了多循环下不同大涡模拟方法与RANS（雷诺平均）模型对比和不同掺混比、不同过量空气系数、不同点火提前角和火花塞位置对发动机性能的影响进行深入分析和归纳总结。 通过模拟的结果对比分析表明，采用大涡模拟计算时，除了能得到有序的大尺度涡团，在缸内还能看到大量不规则的小涡团；采用 RANS计算缸内流场却显示出一定的有序性，并且没有看到大量的小涡团结构存在。计算还发现，使用RANS计算时，从第二循环开始，循环之间的差异明显变小。特别是当活塞运行到-250℃A和-200℃A时，第三循环和第四循环的速度场很相似且不断趋于稳定。而使用大涡模拟计算时，从四个循环速度场的对比中几乎没有任何规律，四个循环的同一时刻的流场呈现出随机的状态；当活塞运行到下止点时，流场中的涡团也随机分布在气缸内，流场之间的相似度很小。 当掺烧甲醇裂解气后，随着掺混比例的增加，缸内压力、温度和放热率都有不同程度的升高，NOx的排放也不断升高；当掺混比例一定时，随着过量空气系数的增大，缸内压力、温度和放热率都不断降低，NOx排放也明显降低。在其他相同条件下，气缸压力、缸内温度以及放热率的峰值都随着点火提前角的提前不断增加，峰值对应的曲轴转角不断提前，NOx排放量也呈递增趋势。降低火花塞位置气缸压力和温度峰值呈现先增后减的趋势，峰值出现角度也呈现同样趋势；NOx排放先升高后降低。当位置比原机降低3mm时，缸压比原机高，又能保证NOx排放基本不变。 |
| 作者： | 张志优 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 鲁昊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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