学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

HCNG发动机怠速性能研究与数值模拟

作　者: 李顺
导　师: 赵淑莉
学　校: 清华大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 天然气掺氢怠速掺氢比压缩比数值模拟
分类号: TK431
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 6次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

天然气掺氢（HCNG）混合气体燃料是一种综合了天然气和氢气的燃料特性优点的新型代用燃料，可以在一定程度上缓解对石油燃料的依赖，也可作为向氢能过渡的一种方案。怠速工况是城市汽车行驶中的常见工况，对发动机的燃油经济性和排放有重要影响。本文实验研究了HCNG发动机的怠速性能，并用数值模拟方法研究了HCNG发动机的缸内燃烧过程。本文开展了掺氢比和压缩比对HCNG发动机怠速性能影响的实验研究，掺氢比选择了0%，30%以及55%三种，压缩比选择了10和11两种。实验研究表明：掺氢会提高混合气体的燃烧速度，降低怠速工况的循环变动，提高燃烧稳定性。同时，实验发现：燃烧和动力性能的改善与点火提前角有关。在点火提前角大于16°CA时，小掺氢比（掺氢比为30%）时，发动机的稳定性、动力性以及经济性要比大掺氢比（掺氢比为55%）时好；在点火提前角小于16°CA时，大掺氢比时发动机的稳定性、动力性和经济性要比小掺氢比时好。随着掺氢比的提高，CO和THC排放都由于燃料中的碳氢比减小而下降，NOx排放由于燃烧温度升高而升高。提高压缩比能够降低怠速工况的循环变动，提高混合气体的燃烧速度，提高燃烧稳定性。压缩比增大，指示热效率提高，功率也有所增加。提高压缩比，NOx、THC和CO排放都有所提高。本文开展了HCNG发动机缸内燃烧过程的数值模拟研究，包括准维模型研究和KIVA三维模拟。在准维模拟方面，建立了基于分形几何的燃烧模型，提出了适用于不同掺氢比的分形维数公式。验证结果表明，基于分形几何的准维模型可以模拟HCNG发动机缸压曲线，并且对模拟结果有较大改进。在KIVA程序模拟方面，在原程序的基础上加入了不同掺氢比的HCNG燃料库，建立起不同压缩比的计算网格，对不同掺氢比及不同压缩比的HCNG发动机缸内温度分布及NO生成进行了模拟研究。研究表明，掺氢比和压缩比越高，缸内燃烧温度越高。但由于高压缩比的面容比高，传热损失大，温度降低快，所以温度梯度较大。而且，缸内燃烧温度越高，NO生成量越大。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章引言  9-18
  1.1 课题背景及意义  9-10
  1.2 HCNG 燃料介绍  10-11
  1.3 HCNG 发动机国内外研究现状  11-17
    1.3.1 不同掺氢比的研究现状  11-12
    1.3.2 不同压缩比的研究现状  12-14
    1.3.3 怠速特性研究现状  14-15
    1.3.4 数值模拟研究现状  15-17
  1.4 课题研究内容  17-18
第2章 HCNG 发动机怠速性能试验研究  18-37
  2.1 HCNG 发动机实验系统  18-20
    2.1.1 发动机及其控制系统  18
    2.1.2 测功机及其控制系统  18-19
    2.1.3 燃料供给系统  19
    2.1.4 测量系统  19-20
  2.2 缸压数据处理  20-21
  2.3 HCNG 发动机怠速性能的实验研究  21-35
    2.3.1 不同掺氢比的影响  21-29
    2.3.2 压缩比对怠速性能的影响  29-35
  2.4 本章小结  35-37
第3章 HCNG 发动机准维燃烧模拟  37-49
  3.1 准维双区模型  37-38
  3.2 基于分形的现象模型  38-41
  3.3 预测结果及分析  41-48
  3.4 本章小结  48-49
第4章 HCNG 发动机 KIVA 三维模拟  49-64
  4.1 KIVA 模型介绍  49-53
    4.1.1 控制方程  49-50
    4.1.2 湍流模型方程  50
    4.1.3 火花点火  50
    4.1.4 燃烧模型  50-51
    4.1.5 NOx生成模型  51
    4.1.6 燃料设置  51-52
    4.1.7 网格划分  52-53
  4.2 模型验证及燃烧分析  53-63
  4.3 本章小结  63-64
第5章总结与展望  64-66
  5.1 全文总结  64-65
  5.2 工作展望  65-66
参考文献  66-69
致谢  69-71
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  71

HCNG发动机怠速性能研究与数值模拟

内容摘要

全文目录

相似论文