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大缸径天然气发动机缸内燃烧过程数值模拟研究
| 论文题名： | 大缸径天然气发动机缸内燃烧过程数值模拟研究 |
| 关键词： | 天然气发动机;数值模拟;燃烧过程;预燃室 |
| 摘要： | 面对日益严峻的环境污染与能源危机，天然气作为汽车替代燃料具有较大的优势，因此，天然气发动机的研发与研究受到越来越广泛的关注。深入研究天然气发动机的燃烧过程与燃烧机理对于天然气发动机的设计具有指导意义，对提升整体天然气燃烧理论具有重要理论意义。 试验研究和数值模拟是研究天然气发动机的两种有效手段，而数值模拟研究时间短、成本低、改型简便且能够提供更多的燃烧微观信息，故本文采用数值模拟的方法对某天然气发动机的燃烧过程进行了深入研究分析。 本文通过将甲烷的简化动力学反应机理耦合到CFD软件中，模拟了某大缸径天然气发动机缸内燃烧过程，并对计算模型进行了试验验证，计算与试验结果基本吻合，所选模型适合对此天然气发动机进行模拟分析。通过对此天然气发动机主燃烧室内温度场、速度场、火焰传播及燃烧中间产物的详细分析后得出:将主燃烧室与预燃烧室相连的八个圆管，能将从预燃室中产生的火焰高速射入主燃烧室中，火焰从圆管中喷射出后，沿各自方向快速向主燃烧室扩散，但由于缸内涡流处于较低水平，导致少量天然气滞后燃烧。 基于建立的简化动力学反应机理，本文设计了6种不同的预燃室结构，并与原机型进行了对比研究，计算结果表明:当周向布置较多连接管时，喷出的火焰可能会产生相互干涉，并不利于火焰在主燃烧室里的传播;相比周向连接管不同数量的布置，火焰传播速率对连接管管径较为敏感，较大的管径能扩大火焰传播范围，使更多的燃料在同一时刻燃烧，较小的管径降低火焰传播范围，使部分燃料拖后燃烧;较适宜的火焰喷射夹角，使火焰在喷射到主燃烧室过程中受壁面影响较小且能喷射到湍动能较大区域，对火焰的传播有利，故选取合适的连接管角度，可以有效提高火焰在主燃烧室里的传播速度。之后，又设计了几种不同的点火时刻及混合气浓度的工况，并与原机型进行了对比研究，计算结果表明:适当增大点火提前角能够减少后燃，火焰能够在主燃烧室里充分传播;混合气较稀能够减少排放物生成量，但混合气过稀，会导致主燃烧室里火焰传播速度较慢，部分燃料拖后燃烧，混合气较浓，燃料燃烧迅速，缸内压力急剧增大，容易发生爆震，而且会导致NOx排放大幅增大。 |
| 作者： | 邢小伟 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 李国祥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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