天然氣轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)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(dòng)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(dòng)機(jī)無(wú)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(dòng)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(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬，并在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證計(jì)算模型可靠性的基礎(chǔ)上，對(duì)218系列機(jī)型的工作過(guò)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程的影響，分別計(jì)算了不同點(diǎn)火位置、點(diǎn)火提前角及燃燒室形狀對(duì)其缸內(nèi)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、壓力、NOx生成量的變化情況，并對(duì)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(dòng)機(jī)燃燒過(guò)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(guò)對(duì)FLUENT6.3軟件的二次開(kāi)發(fā)，編制自定義程序，建立了符合轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的動(dòng)網(wǎng)格模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的

3、動(dòng)態(tài)模擬，并將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了相關(guān)模型的可靠性。
　　 (2)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中由于轉(zhuǎn)子連續(xù)地單向轉(zhuǎn)動(dòng)，使其內(nèi)部氣體整體上是沿轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方向的單向流動(dòng)，但由于轉(zhuǎn)子凹坑的作用，進(jìn)氣和壓縮行程中會(huì)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(huì)分別向前后兩個(gè)方向傳播。
　　 (3)點(diǎn)火位置和缸內(nèi)湍流的耦合作用，會(huì)在很大程度上決定火焰的傳播過(guò)程。在點(diǎn)火提前角不變情況下，為了提高發(fā)

4、動(dòng)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(guò)渡區(qū)域，并且其附近的流場(chǎng)速度不宜過(guò)大，在這個(gè)區(qū)域點(diǎn)火后，火焰核心比較容易形成并且火焰會(huì)因受到渦流的帶動(dòng)作用而同時(shí)向前部和中后部快速傳播，缸內(nèi)混合氣可以及時(shí)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(shí)也考慮了較少的NOx排放量。
　　 (4)燃燒室內(nèi)的渦流對(duì)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(dòng)，渦流會(huì)因燃燒室容積減小而受到擠壓并消失，在渦流破碎時(shí)刻一定的情況下，為了充

5、分利用渦流的作用時(shí)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(shí)，燃燒效率和缸內(nèi)壓力峰值均最高，同時(shí)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(shí)壓力峰值、燃燒速率整體上均減小。
　　 (5)燃燒室內(nèi)的流場(chǎng)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(shí)刻。為了延長(zhǎng)渦流對(duì)火焰加速作用的時(shí)間，凹坑位置應(yīng)位于燃燒室后部，因?yàn)榇藭r(shí)其內(nèi)部渦流的破碎時(shí)刻最晚，這在