大缸徑天然氣發(fā)動機缸內(nèi)燃燒過程數(shù)值模擬研究.pdf

1、面對日益嚴峻的環(huán)境污染與能源危機，天然氣作為汽車替代燃料具有較大的優(yōu)勢，因此，天然氣發(fā)動機的研發(fā)與研究受到越來越廣泛的關(guān)注。深入研究天然氣發(fā)動機的燃燒過程與燃燒機理對于天然氣發(fā)動機的設(shè)計具有指導(dǎo)意義，對提升整體天然氣燃燒理論具有重要理論意義。
　　 試驗研究和數(shù)值模擬是研究天然氣發(fā)動機的兩種有效手段，而數(shù)值模擬研究時間短、成本低、改型簡便且能夠提供更多的燃燒微觀信息，故本文采用數(shù)值模擬的方法對某天然氣發(fā)動機的燃燒過程進行了深入研

2、究分析。
　　 本文通過將甲烷的簡化動力學(xué)反應(yīng)機理耦合到CFD軟件中，模擬了某大缸徑天然氣發(fā)動機缸內(nèi)燃燒過程，并對計算模型進行了試驗驗證，計算與試驗結(jié)果基本吻合，所選模型適合對此天然氣發(fā)動機進行模擬分析。通過對此天然氣發(fā)動機主燃燒室內(nèi)溫度場、速度場、火焰?zhèn)鞑ゼ叭紵虚g產(chǎn)物的詳細分析后得出:將主燃燒室與預(yù)燃燒室相連的八個圓管，能將從預(yù)燃室中產(chǎn)生的火焰高速射入主燃燒室中，火焰從圓管中噴射出后，沿各自方向快速向主燃燒室擴散，但由于缸內(nèi)

3、渦流處于較低水平，導(dǎo)致少量天然氣滯后燃燒。
　　 基于建立的簡化動力學(xué)反應(yīng)機理，本文設(shè)計了6種不同的預(yù)燃室結(jié)構(gòu)，并與原機型進行了對比研究，計算結(jié)果表明:當周向布置較多連接管時，噴出的火焰可能會產(chǎn)生相互干涉，并不利于火焰在主燃燒室里的傳播;相比周向連接管不同數(shù)量的布置，火焰?zhèn)鞑ニ俾蕦B接管管徑較為敏感，較大的管徑能擴大火焰?zhèn)鞑シ秶?，使更多的燃料在同一時刻燃燒，較小的管徑降低火焰?zhèn)鞑シ秶?，使部分燃料拖后燃?較適宜的火焰噴射夾角，使

4、火焰在噴射到主燃燒室過程中受壁面影響較小且能噴射到湍動能較大區(qū)域，對火焰的傳播有利，故選取合適的連接管角度，可以有效提高火焰在主燃燒室里的傳播速度。之后，又設(shè)計了幾種不同的點火時刻及混合氣濃度的工況，并與原機型進行了對比研究，計算結(jié)果表明:適當增大點火提前角能夠減少后燃，火焰能夠在主燃燒室里充分傳播;混合氣較稀能夠減少排放物生成量，但混合氣過稀，會導(dǎo)致主燃燒室里火焰?zhèn)鞑ニ俣容^慢，部分燃料拖后燃燒，混合氣較濃，燃料燃燒迅速，缸內(nèi)壓力急劇增