火花点火天然气发动机燃烧过程多维模拟研究

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1、成都，2007年8月中国内燃机学会燃烧净化节能分会2007年学术年会论文集火花点火天然气发动机燃烧过程多维模拟研究11221焦运景张惠明杨志勇张自立司鹏昆(1天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津300072；2东风南充汽车有限公司，四川637000)摘要:为了研究火花点火式天然气发动机燃烧系统的燃烧过程和缸内气体运动规律，本文应用CFD软件对一台火花点火天然气发动机的燃烧过程进行了多维模拟计算。通过计算得到了发动机缸内气体的流场、温度场及火焰传播等计算信息，并分析研究了压缩及燃烧过程中缸内气体的流动规律及温度分布规律以及湍动能对火焰传播

2、的影响，为燃烧室的设计及燃烧过程性能优化提供了理论性指导。关键词:火花点火，天然气发动机;燃烧过程;多维模拟Multi-dimensionalSimulationofCombustionProcessinIgnitionNatureGasEngine11221JiaoYunjing,ZhangHuiming,YangZhiyong,ZhangZili,SiPengkun(1.StateKeyLaboratoryofEngines，TianjinUniversity,Tianjin300072;2DongfengNanchongAutomob

3、ileCo.,Ltd，Sichuan637000)Abstract:Inordertostudythecombustionprocessandgasflowincylinderofaspark-ignitionCNGengine,theCFDsoftwareFIREdevelopedbyAVLisadoptedtosimulatecombustionprocessofaspark-ignitionengine.Withnumericalsimulation,someimportantinformationinthecylinderwhich

4、cannotgetintheexperimentisgottensuchasvelocity,temperaturefieldsandflamepropagation.Furthermore,thecharacteristicofflowfieldandthetemperaturedistributioninthecylinderareinvestigatedindetail;intheotherhand,theeffectofturbulentkineticenergyontheflamepropagationisanalyzedinde

5、tailinthispaper.Theinvestigationabouttheinformationfromnumericalsimulationgivessometheoryguidanceforcombustionchamberdesignandoptimizingcombustionperformance.Keywords:Sparkignition;CNGengine;Combustionprocess;Multi-dimensionalsimulation引言支。它以实验和基本理论的研究成果为基础，通过随着能源和环境问题的日益突

6、出，天然气作为计算机把实验研究、理论分析和科学计算有机地融清洁燃料日益受到人们的重视，天然气的主要成分为一体。它具有调整参数方便、运行速度快、成本为甲烷，甲烷在空气中可燃极限较窄，火焰传播速低的优点，可以在众多的影响因素中找出关键的控度较慢，最大火焰传播速度仅为33.8m/s，因而对于制变量，优化实验与设计方案，降低产品的研制周火花点火式天然气发动机，组织好缸内燃烧过程，期及费用。因而发动机燃烧过程的数值模拟是内燃实现正常燃烧，减少后燃至为重要。近几十年来,机研究和设计的一种有效手段。本文应用AVL公司国内外学者对天然气发动机的燃烧过程进行

7、了一系的FIRE软件对一台火花点火式CNG发动机的燃烧[1-5]列探索性研究,研究发现,湍流强度对火焰燃烧速过程进行了多维模拟研究，计算发动机气缸内的流度有一定影响。因而,研究火花点火天然气发动机缸场、温度场、火焰传播、气缸压力示功图等计算信内的气体流动及燃烧过程，对于改进燃烧室结构，息，得到了通过试验无法观测得到的一些详细信息，提高火焰传播速度，从而提高发动机的动力性与经对优化火花点火式发动机结构改进其燃烧过程起到济性具有重要指导意义。了重要指导作用。长期以来,实验是研究燃烧的主要手段，但限1计算模型及计算方法于实验条件、测试技术水平以及

8、实验仪器的精度，1.1湍流模型实验研究具有很大的局限性，且费用高。随着计算内燃机缸内气体的流动十分复杂，为三维可压机技术的高速发展及其计算流体力学、计算传热学、缩粘性流动，一般都