生物質(zhì)氣發(fā)動機工作過程的數(shù)值模擬及試驗研究.pdf

1、　　環(huán)境問題和能源問題是本世紀世界各國共同面臨的兩個重大問題，尋找新的“清潔代用燃料”是人類所做出的必然選擇，中國要實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展，必須尋找適合中國國情的代用能源。將秸桿、鋸末等生物質(zhì)氣化是將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換為高效高品位清潔能源的最有效措施之一，這種生物質(zhì)氣可作為內(nèi)燃機的代用燃料。
　　開發(fā)生物質(zhì)氣發(fā)動機對于我們這個傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)國來說具有先天的優(yōu)勢，不僅可以減少廢棄生物質(zhì)對環(huán)境的污染及其焚燒產(chǎn)生的二次污染，還可減少在國民經(jīng)濟建設(shè)中廣泛

2、應(yīng)用的發(fā)動機對石油資源的依賴性。但是對于單純使用生物質(zhì)氣做燃料的火花點火發(fā)動機，國內(nèi)目前還沒有詳細的研究報告。由于生物質(zhì)氣的熱值較低，這種燃料在不摻燒柴油等燃料的情況下是否適合內(nèi)燃機燃用，有待深入研究。
　　基于以上原因，本研究在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上開發(fā)了4135型生物質(zhì)氣發(fā)動機。試驗結(jié)果表明發(fā)動機取得了理想的動力性、經(jīng)濟性及排放性指標。
　　發(fā)動機工作過程是多維多相變的復(fù)雜過程，對其進行詳細的分析計算比較困難，以往的計算多是進

3、行了較大簡化。本文在未對模型進行簡化的前提下，建立了4135型生物質(zhì)氣發(fā)動機進、排氣道和燃燒室的幾何模型并劃分網(wǎng)格，對發(fā)動機的工作過程進行了模擬。
　　通過計算得到了燃燒系統(tǒng)內(nèi)的三維流場、湍動能、火焰前鋒面等可視化結(jié)果。通過分析模擬結(jié)果得出以下結(jié)論：4135型發(fā)動機存在氣流速度沿氣缸軸線方向分層現(xiàn)象，為使生物質(zhì)氣和空氣均勻混合4135型生物質(zhì)氣發(fā)動機應(yīng)采用外混式進氣方式；點火位置的布置對點火初期火焰的發(fā)展和傳播有重要影響；火焰的傳

4、播、膨脹和缸內(nèi)氣流運動相互影響，缸內(nèi)的氣流運動將火焰中心吹向氣流下風(fēng)的混合氣，缸內(nèi)順氣流側(cè)燃燒的混合氣較逆氣流側(cè)多，對于生物質(zhì)氣這樣的低熱值燃料應(yīng)該組織缸內(nèi)渦流運動，以加快火焰?zhèn)鞑ニ俣?，縮短燃燒時間；缸內(nèi)渦流中心的位置和氣流速度梯度對火焰徑向傳播的均勻性有很大影響，缸內(nèi)渦流的中心偏離氣缸中心的距離越大，火核處的速度梯度越大，火焰徑向傳播越不均勻，燃燒過程中由于燃燒的膨脹作用使焰前氣體的湍動能增大，促進了火焰的傳播速度；發(fā)動機具有較低的N