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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
下 载: 15次
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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。

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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