大缸徑雙火花塞生物質(zhì)氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特性仿真研究.pdf

1、面對我國快速發(fā)展下對能源需求量不斷增加，以及國內(nèi)日益嚴(yán)重的環(huán)境污染，尋求清潔可替代能源迫在眉睫。生物質(zhì)氣是可再生清潔燃料，來源廣，主要成分為CO，H2，CO2，CH4，N2等，燃燒產(chǎn)生的污染物少。以生物質(zhì)氣作為發(fā)電機(jī)組發(fā)動(dòng)機(jī)的替代燃料，一方面緩解能源危機(jī)，提高傳統(tǒng)能源的利用率;另一方面，可以代替國內(nèi)大量的煤炭發(fā)電，減少環(huán)境污染。但由于生物質(zhì)氣本身組分比例不穩(wěn)定，熱值低以及大缸徑發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，缸徑大，燃燒速度慢等問題，在使用傳統(tǒng)單火花塞點(diǎn)

2、火時(shí)，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火困難，易失火，發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒速度慢，效率下降等問題。
　　本文采用雙火花塞點(diǎn)火的方式對發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)行優(yōu)化仿真研究，研究工況為額定工況，轉(zhuǎn)速1000r/min，全負(fù)荷，過量空氣系數(shù)ψa=1.2:
　　(1)為了研究雙火花塞同時(shí)點(diǎn)火對生物質(zhì)氣發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能以及缸內(nèi)燃燒的影響，對原機(jī)單火花塞點(diǎn)火的點(diǎn)火提前角進(jìn)行優(yōu)化，并計(jì)算雙火花塞同時(shí)點(diǎn)火時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的MBT點(diǎn)。
　　原機(jī)單火花塞點(diǎn)火的MBT點(diǎn)為22℃A B

3、TDC，指示功率為338.23 kW;雙火花塞點(diǎn)火的MBT點(diǎn)為16℃A BTDC，指示功率為356.40kW，比單火花塞點(diǎn)火提高了5.4％。雙火花塞同時(shí)點(diǎn)火相當(dāng)于增加點(diǎn)火能量，減小了發(fā)動(dòng)機(jī)失火的概率，增加了火焰?zhèn)鞑ッ娣e，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒放熱速率。當(dāng)兩種點(diǎn)火方案以相同的點(diǎn)火提前角進(jìn)行點(diǎn)火的情況下，雙火花塞同時(shí)點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒速率快，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大燃燒速率增大且提前，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒持續(xù)期短，等容度高，效率高;雙火花塞同時(shí)點(diǎn)火的缸內(nèi)溫度高于單火

4、花塞點(diǎn)火，其NOx的生成量也比單火花塞點(diǎn)火高。不同點(diǎn)火方式對缸內(nèi)平均湍動(dòng)能的影響趨勢相同，在壓縮上止點(diǎn)附近雙火花塞同時(shí)點(diǎn)火的平均湍動(dòng)能略高于單火花塞點(diǎn)火，但對整體影響不大。
　　(2)為研究雙火花塞異步點(diǎn)火對發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，本文從火花塞點(diǎn)火順序，不同點(diǎn)火間隔以及相同點(diǎn)火間隔三個(gè)方面進(jìn)行了仿真分析。
　　雙火花塞異步點(diǎn)火時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)湍動(dòng)能分布不均，兩個(gè)火花塞點(diǎn)火順序不同對發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有一定影響。研究表明，點(diǎn)火順序?qū)Πl(fā)動(dòng)

5、機(jī)的整機(jī)性能影響不大;當(dāng)周圍湍動(dòng)能比較大的火花塞先點(diǎn)火時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的燃燒速度略快于周圍湍動(dòng)能較小的火花塞先點(diǎn)火。
　　雙火花塞異步點(diǎn)火時(shí)，隨著點(diǎn)火間隔的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的指示熱效率呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，當(dāng)點(diǎn)火間隔為2℃A時(shí)指示熱效率達(dá)到最大。在兩個(gè)火花塞均為有效點(diǎn)火的范圍內(nèi)，隨著點(diǎn)火間隔的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒速率逐漸降低，燃燒持續(xù)期逐漸變長，發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)平均溫度降低，NOx的生成量增加，發(fā)動(dòng)機(jī)各方面性能的差異逐漸減小。當(dāng)點(diǎn)火間隔過大，

6、單側(cè)火花塞出現(xiàn)無效點(diǎn)火，相當(dāng)于將原機(jī)火花塞偏置，發(fā)動(dòng)機(jī)的有用功大量減少，效率下降。
　　雙火花塞異步點(diǎn)火時(shí)，相同點(diǎn)火間隔對發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。隨著點(diǎn)火提前角的減小，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大缸壓后移，發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功率先增加后降低，當(dāng)兩個(gè)火花塞的點(diǎn)火提前角分別為16℃A BTDC、18℃A BTDC時(shí)達(dá)到最大，為356.11kW;發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒速率隨著點(diǎn)火提前角的減小而降低，燃燒持續(xù)期增長，缸內(nèi)平均溫度降低，NOx的生成量也減少。
　　由于雙火