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CA4102天然气发动机燃烧过程的仿真研究

作　者: 李昕
导　师: 李君
学　校: 吉林大学
专　业: 工程热物理
关键词: CNG发动机燃烧模拟燃烧室形状点火能量
分类号: TK431
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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引　用: 2次
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内容摘要

随着石油供应的日益紧张,汽车代用燃料近些年来快速发展,其中压缩天然气(Compressed Natural Gas,简称CNG)以其丰富的资源和良好的排放特性在世界范围内得到了广泛的应用。然而,天然气的化学性质相对稳定,在燃烧过程中火焰传播速度较慢,导致发动机存在平均有效压力和热效率低、缸内局部热负荷高、甲烷HC排放高等问题,限制了CNG发动机优势的发挥。因而研究CNG发动机的缸内燃烧过程对提高发动机的性能具有非常重要的意义。本文利用AVL FIRE软件对CA4102天然气发动机的压缩、着火、燃烧及膨胀过程进行了建模和仿真计算,在模型得到试验验证的基础上,研究了燃烧室形状和点火能量对发动机性能及排放的影响。计算结果表明:1、燃烧室形状对缸内流动和燃烧过程有较大的影响:1)降低点火初期火花塞附近混合气的流动强度有利于点火后快速地形成稳定的火焰中心,缩短火焰发展期;2)加强靠近火花塞一侧的挤流运动强度,可以促进火焰向火花塞对侧燃烧室的传播,同时燃烧室两侧产生的挤流运动相互作用,提高了上止点附近燃烧室内的湍流强度,提高了燃烧速度;3)在本文针对CA4102天然气发动机设计的四个燃烧室中,从提高燃烧速度方面考虑,4#燃烧室最好。2、点火能量对燃烧过程的影响:增大点火能量,能够确保快速地形成稳定的火焰中心,缩短火焰发展期,提高缸内最高爆发压力和放热率,减少高温散热等损失。但当点火能量增大到一定值时,对燃烧过程的影响不再明显。根据计算结果,同时兼顾点火系统的寿命和可靠性,宜将CA4102天然气发动机的点火能量选择在120mJ左右。

全文目录

提要  4-7
第一章绪论  7-15
  1.1 研究背景  7-9
  1.2 天然气发动机的发展  9-11
    1.2.1 天然气发动机的发展历程  9-10
    1.2.2 天然气发动机技术现状及发展趋势  10-11
  1.3 CFD在内燃机研究上的应用  11-13
    1.3.1 天然气发动机仿真研究现状  12-13
    1.3.2 内燃机工作过程数值模拟软件  13
  1.4 本文的主要内容  13-15
第二章天然气发动机的试验研究  15-20
  2.1 试验装置和试验方法  15-17
  2.2 试验结果  17-19
  2.3 本章小结  19-20
第三章仿真模型的建立及模拟分析  20-38
  3.1 几何模型的建立  20-21
  3.2 计算网格的建立  21-22
  3.3 仿真模型的选择及参数设置  22-28
    3.3.1 湍流模型  22-24
    3.3.2 着火和燃烧模型  24-25
    3.3.3 排放模型  25-26
    3.3.4 数值求解  26-27
    3.3.5 计算初始条件和边界条件  27-28
  3.4 模型验证  28
  3.5 缸内流动和燃烧过程的模拟计算  28-37
    3.5.1 模拟计算结果分析  28-30
    3.5.2 气缸内相关物理场分析  30-37
  3.6 本章小结  37-38
第四章燃烧室形状和点火能量对燃烧过程的影响  38-57
  4.1 燃烧室形状对缸内流动和燃烧过程的影响  38-50
    4.1.1 模拟计算结果分析  38-42
    4.1.2 气缸内相关物理场分析  42-50
  4.2 点火能量对燃烧过程的影响  50-56
    4.2.1 模拟计算结果分析  51-53
    4.2.2 气缸内相关物理场分析  53-56
  4.3 本章小结  56-57
第五章全文总结及工作展望  57-59
  5.1 全文总结  57-58
  5.2 工作展望  58-59
参考文献  59-63
图表索引  63-65
摘要  65-67
ABSTRACT  67-70
致谢  70

CA4102天然气发动机燃烧过程的仿真研究

内容摘要

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