天然氣轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)燃燒過程的數(shù)值模擬研究.pdf

1、在環(huán)境污染與能源危機(jī)日益嚴(yán)峻的今天，人們迫切需要更加清潔和高效的新型能源系統(tǒng)。天然氣作為一種清潔燃料受到廣泛重視。而轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)因其結(jié)構(gòu)的特殊性，具有質(zhì)量輕、噪聲小、高速性能好等往復(fù)式發(fā)動機(jī)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，并且更適合燃燒氣體燃料。因此，天然氣轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)逐漸成為內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。本文在CFD軟件FLUENT的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)工作過程的動態(tài)模擬，并在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證計算模型可靠性的基礎(chǔ)上，對218系列機(jī)型的工作過程進(jìn)行

2、模擬仿真，研究了運(yùn)行參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對發(fā)動機(jī)燃燒過程的影響，分別計算了不同點(diǎn)火位置、點(diǎn)火提前角及燃燒室形狀對其缸內(nèi)流場、溫度場、壓力、NOx生成量的變化情況，并對比分析得到了最優(yōu)的點(diǎn)火位置、點(diǎn)火提前角及燃燒室形狀，相關(guān)結(jié)果為發(fā)動機(jī)燃燒過程的改善提供了理論指導(dǎo)。
　　 本文主要結(jié)論和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　 (1)通過對FLUENT6.3軟件的二次開發(fā)，編制自定義程序，建立了符合轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)運(yùn)動特點(diǎn)的動網(wǎng)格模型，實(shí)現(xiàn)了對轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的

3、動態(tài)模擬，并將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了相關(guān)模型的可靠性。
　　 (2)轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)工作過程中由于轉(zhuǎn)子連續(xù)地單向轉(zhuǎn)動，使其內(nèi)部氣體整體上是沿轉(zhuǎn)子運(yùn)動方向的單向流動，但由于轉(zhuǎn)子凹坑的作用，進(jìn)氣和壓縮行程中會產(chǎn)生劇烈變化的渦流和擠流;在燃燒階段，由于燃燒室內(nèi)部渦流和擠流的作用，火焰面會分別向前后兩個方向傳播。
　　 (3)點(diǎn)火位置和缸內(nèi)湍流的耦合作用，會在很大程度上決定火焰的傳播過程。在點(diǎn)火提前角不變情況下，為了提高發(fā)

4、動機(jī)燃燒效率，點(diǎn)火位置應(yīng)當(dāng)位于湍流到單向流的過渡區(qū)域，并且其附近的流場速度不宜過大，在這個區(qū)域點(diǎn)火后，火焰核心比較容易形成并且火焰會因受到渦流的帶動作用而同時向前部和中后部快速傳播，缸內(nèi)混合氣可以及時燃燒，燃燒效率和缸內(nèi)壓力峰值均得到很大程度提高，同時也考慮了較少的NOx排放量。
　　 (4)燃燒室內(nèi)的渦流對火焰?zhèn)鞑テ鸬搅朔e極的加速作用，但是隨著轉(zhuǎn)子運(yùn)動，渦流會因燃燒室容積減小而受到擠壓并消失，在渦流破碎時刻一定的情況下，為了充

5、分利用渦流的作用時間，應(yīng)該盡量地提前點(diǎn)火提前角，但是點(diǎn)火提前角不可不加限制地提前，當(dāng)點(diǎn)火提前角為47°時，燃燒效率和缸內(nèi)壓力峰值均最高，同時也考慮了較少的NOx排放量，并且以d=47°為分水嶺，點(diǎn)火提前角增加或降低時壓力峰值、燃燒速率整體上均減小。
　　 (5)燃燒室內(nèi)的流場是燃燒室形狀決定的，即燃燒室的形狀也決定了渦流的破碎時刻。為了延長渦流對火焰加速作用的時間，凹坑位置應(yīng)位于燃燒室后部，因?yàn)榇藭r其內(nèi)部渦流的破碎時刻最晚，這在