大缸徑天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真研究.pdf

1、在能源緊缺和環(huán)境污染嚴(yán)重的雙重壓力下，為內(nèi)燃機(jī)尋求可替代燃料，已經(jīng)成為內(nèi)燃機(jī)研究中的一個(gè)緊迫又重要的課題。天然氣憑借儲(chǔ)量豐富、燃燒產(chǎn)物清潔等特性使其在內(nèi)燃機(jī)上的應(yīng)用越來(lái)越多，本文針對(duì)某發(fā)動(dòng)機(jī)改燃天然氣后存在著動(dòng)力性不足，經(jīng)濟(jì)性差的問題，利用試驗(yàn)和仿真計(jì)算，研究燃燒室結(jié)構(gòu)對(duì)大缸徑天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，旨在改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。
　　①為研究壓縮比的改變對(duì)大缸徑天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能以及缸內(nèi)燃燒過程的影響，結(jié)合機(jī)械強(qiáng)度以及改造簡(jiǎn)便等

2、要求，選取壓縮比ε=11為目標(biāo)值進(jìn)行頂隙優(yōu)化，頂隙由10.5mm縮小至9.3mm，分別利用GT-Power和AVL-Fire建立大缸徑天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型。通過AVL-Fire缸內(nèi)燃燒模型計(jì)算得出不同點(diǎn)火提前角下的燃燒放熱率，結(jié)合GT-Power求解指示熱效率ηit，得到MBT點(diǎn)，為后續(xù)整機(jī)性能計(jì)算奠定基礎(chǔ);分別利用GT-Power和AVL-Fire模型，研究分析壓縮比對(duì)大缸徑天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能和缸內(nèi)燃燒過程的影響。
　　由整機(jī)

3、性能仿真結(jié)果可知:當(dāng)壓縮比由原機(jī)的ε=10.5增加到ε=11時(shí)，在轉(zhuǎn)速n=1000r/min，過量空氣系數(shù)φa=1.6，100％負(fù)荷，ε=10.5時(shí)點(diǎn)火角為30°CABTDC，壓縮比ε=11時(shí)，點(diǎn)火角度為26°CABTDC的條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性都得到有效改善。指示熱效率由34.83％上升到36.88％，增加了5.89％;缸內(nèi)最大壓力上升20.77％，且峰值更靠近上止點(diǎn);有效燃料消耗率由224.07g/(kW·h)降至213.5

4、4 g/(kW·h)，下降了4.70％。
　　缸內(nèi)燃燒模擬結(jié)果顯示:隨著壓縮比的增加，氣缸內(nèi)火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?，缸?nèi)溫度最大值明顯增大;缸內(nèi)出現(xiàn)NOx的時(shí)刻越早，并且NOx的生成也越多;當(dāng)燃燒趨于結(jié)束，缸內(nèi)溫度開始下降，壓縮比越大，溫度降低得越快。
　　②為研究燃燒室結(jié)構(gòu)改變對(duì)大缸徑天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，以壓縮比ε=11為目標(biāo)值，在原機(jī)燃燒室的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了2號(hào)和3號(hào)兩種形狀的燃燒室，利用AVL-Fire分別建立缸內(nèi)燃燒模型并

5、進(jìn)行三維仿真計(jì)算。
　　通過對(duì)比分析仿真結(jié)果表明:在轉(zhuǎn)速n=1000r/min，過量空氣系數(shù)φa=1.6，100％負(fù)荷，2號(hào)燃燒室點(diǎn)火角度為26°CA BTDC，3號(hào)燃燒室點(diǎn)火角度為28° CABTDC的條件下。2號(hào)、3號(hào)燃燒室都可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程和火焰?zhèn)鞑ィ啾扔?號(hào)燃燒室，2號(hào)和3號(hào)燃燒室缸壓峰值分別增加了10.04％、5.2％;2號(hào)和3號(hào)指示功率分別增加了3.16％、1.74％;2號(hào)和3號(hào)燃燒室指示燃油消耗率分別下降了2