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原文传递天然气发动机缸内三维数值模拟

论文题名：	天然气发动机缸内三维数值模拟
关键词：	缸内直喷;天然气发动机;燃烧过程;数值模拟;气流运动;氮氧化物排放
摘要：	在能源危机和环境污染问题日趋严重的今天，液化天然气(LiquefiedNatural Gas简称LNG)作为一种清洁的代用燃料在发动机上得到了广泛的应用。由于天然气的化学性质稳定，火焰传播速度慢，发动机存在平均有效压力低、局部热负荷高及热效率不高等问题，因此必须从改善缸内燃烧过程来提高发动机的性能，研究直喷式天然气发动机的燃烧过程对指导天然气发动机的设计开发工作及提高其动力性和经济性，有较大的理论及实际意义。　　数值模拟和台架试验是研究发动机燃烧性能的两个主要手段，应用CFD技术对发动机工作过程进行数值模拟可以提供缸内所有相关变量详尽而又完备的资料，使研究者清晰地了解缸内燃烧的变化历程，找出燃烧组织不足之处，并采取相应的措施改善燃烧。　　本文系统的论述了缸内燃烧过程的三维数值模拟计算模型和数值计算方法，其对缸内气体的气相湍流流动模型，缸内火花塞点火模型和燃烧模型在理论上进行了具体的分析。应用AVL公司开发的三维数值模拟FIRE软件，对在CA20汽油机基础上开发的CA20型LNG缸内直接喷射发动机的压缩、着火、燃烧及膨胀过程进行了建模和仿真，在模型得到试验验证的基础上，对该LNG缸内直接喷射发动机的气体运动过程和燃烧过程进行了数值模拟，详细地展示了缸内流场、缸内CH4浓度场和温度场以及排放物的分布规律。　　应用FIRE软件，本文主要从以下两方面对一台CA20型车用直喷式天然气发动机的缸内流场和燃烧过程进行了详尽的模拟计算与分析：①燃烧室形状：在压缩比ε=12的情况下，开发了设计了几种不同燃烧室凹坑位置的燃烧室，对比了这几种燃烧室的缸内流场，分析了不同形状燃烧室的缸内温度及排放物浓度分布情况。研究结果表明：缸内气流运动对燃烧过程有较大影响。恰当的燃烧室凹坑位置可以对挤流运动起到一定的导向作用，加强了挤气效果，增大了上止点附近燃烧室内的湍流强度，提高了燃烧速度。②点火提前角：对于相同形状的燃烧室，采用不同的点火提前角对LNG缸内直喷发动机燃烧过程进行模拟仿真计算。研究结果表明：恰当的点火提前角可以使NOx的排放有所降低。通过对不同的点火提前角参数进行模拟仿真计算得出最佳匹配参数。　　研究表明，在综合考虑缸内压力、缸内温度以及NOx排放水平的前提下，选择适当的点火提前角和燃烧室形状可以显著提高LNG缸内直接喷射发动机的性能。本文最后对缸内燃烧过程进一步的深入研究进行了展望。
作者：	吴端国
专业：	动力机械及工程
导师：	罗福强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文