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二甲醚主机掺烧LPG喷雾及燃烧特性的仿真研究
作 者: 王慧
导 师: 苏石川
学 校: 江苏科技大学
专 业: 轮机工程
关键词: 等压燃烧 数值模拟 DME/LPG混合燃料 预混合气 燃烧特性
分类号: TK437
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
本文通过对内燃机理想工作循环进行理论分析,得出压燃式内燃机实现等压循环时热效率最高,同时运用数值计算的方法对二甲醚(DME)发动机中掺混液化石油气(LPG)燃料的燃烧过程进行了深入研究,揭示了预混合压燃式发动机混合气的形成与着火特点,并分析了喷油参数对实现预混合燃烧过程的影响。综合各方面因素,实现了DME发动机预混合等压燃烧过程,为进一步提高DME发动机效率提供参考。理论研究发现:受机件强度的限制,压燃式内燃机必须限制其循环最高压力,为得到较高的热效率,需按定压加热循环工作,因此柴油机燃烧模式需遵循预混合近似等压燃烧理论。其燃烧方式要求燃烧放热在上止点附近,并且在着火前尽量将全部燃油喷入缸内,实现预混合燃烧以代替传统的空间雾化燃烧方式的扩散燃烧。针对某机型进行了几何模型的建立和动态网格的划分及生成,之后对标定工况下掺混不同比例LPG燃料的DME发动机的气相流动过程、喷雾过程和燃烧过程等缸内过程进行了数值仿真研究,比较详细地展示了缸内流场、喷雾发展形态、及其燃烧的压力及放热率变化。研究表明:(1)通过对DME发动机掺烧不同比例LPG后气缸内混合气浓度场、温度场及燃料蒸发率(量)曲线的比较发现,掺混LPG燃料后,燃油雾化程度有所提高,预混合气量增大,分布趋于均匀,缸内温度随LPG量增加而有所下降;(2)通过其燃烧特性参数如着火始点、燃烧持续期、燃烧压力及放热率的计算比较发现:随混合燃料中LPG添加量的增加,其燃烧滞燃期延长,着火始点延后,燃烧持续期缩短。缸内燃烧压力略有升高,燃烧放热时刻和放热率峰值时刻推迟,同时放热率峰值大幅度增加。燃烧放热规律中扩散燃烧部分亦随LPG含量增加而减少;(3)在研究喷油参数对预混合燃烧影响的基础上,通过选择合适的喷油参数,添加高热值的燃料LPG等措施,使燃烧放热规律实现近似等腰三角形燃烧模式,实现了预混合等压燃烧理论。对于提高压燃式发动机的效率具有重要意义。
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全文目录
摘要 6-7 ABSTRACT 7-13 第1章 绪论 13-22 1.1 引言 13 1.2 新型燃烧方式预混合压燃燃烧系统 13-15 1.2.1 预混合压燃燃烧简介 13-14 1.2.2 二甲醚预混压燃发动机的研究现状 14-15 1.3 预混合压燃发动机混合气形成方式及特点 15 1.4 代用燃料二甲醚和液化石油气的特点及研究现状 15-20 1.4.1 二甲醚的特点及研究状况 17-19 1.4.2 液化石油气(LPG)的特点及应用现状 19-20 1.5 本课题的选题意义和研究内容 20-22 第2章 内燃机预混合压燃燃烧的理论分析 22-31 2.1 概述 22-23 2.2 内燃机工作过程理想循环的分析比较 23-28 2.2.1 混合加热理想循环 23-24 2.2.2 定压加热理想循环 24-25 2.2.3 定容加热理想循环 25-26 2.2.4 理想循环的分析和比较 26-28 2.3 预混合近似等压燃烧理论 28-30 2.3.1 热预混近似等腰三角形燃烧理论 28-29 2.3.2 近似等腰三角形燃烧的合理性 29-30 2.4 本章小节 30-31 第3章 数学模型的建立 31-43 3.1 数值计算理论依据介绍 31-36 3.1.1 湍流模型 31-32 3.1.2 喷雾子模型 32-35 3.1.3 燃烧子模型 35-36 3.2 几何模型建立及网格生成 36-40 3.2.1 几何模型的建立 36-38 3.2.2 计算网格生成 38-39 3.2.3 边界条件的确定 39-40 3.3 原模型发动机掺混LPG 燃料的燃烧计算分析 40-42 3.3.1 掺混LPG 燃料前后燃烧室内燃油蒸发及温度场比较 40-41 3.3.2 掺混LPG 燃料前后燃烧室内燃烧特性分析 41-42 3.4 本章小结 42-43 第4章 DME 发动机缸内混合气形成过程的数值模拟 43-54 4.1 喷油前缸内气体状态分析 43-46 4.1.1 缸内速度场分布 43-45 4.1.2 缸内湍动能变化 45-46 4.2 喷油后缸内混合气状态分析 46-53 4.2.1 混合气形成过程中缸内燃油浓度场分布 47-49 4.2.2 混合气形成过程中缸内温度场分布 49-52 4.2.3 混合气形成过程中燃料蒸发率、蒸发量比较 52-53 4.3 本章小结 53-54 第5章 掺混不同比例LPG 对二甲醚发动机燃烧特性的影响 54-63 5.1 不同比例LPG 对着火时刻和燃烧持续期的影响 54-55 5.2 不同比例LPG 对缸压和放热率的影响 55-56 5.3 影响预混压燃LPG/DME 发动机燃烧特性的其他因素 56-59 5.3.1 喷孔直径对燃烧压力及放热率的影响 56-58 5.3.2 喷油持续期对燃烧压力及放热率的影响 58-59 5.4 二甲醚发动机预混合等压燃烧的实现 59-61 5.5 本章小结 61-63 结论与展望 63-65 结论 63-64 展望 64-65 参考文献 65-69 攻读硕士学位期间发表的学术论文 69-70 致谢 70-71 大摘要 71-75
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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 气体燃料内燃机 > 运行、试验
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