点燃式天然气发动机燃烧过程的数值模拟研究

《点燃式天然气发动机燃烧过程的数值模拟研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、成都，2007年8月中国内燃机学会燃烧净化节能分会2007年学术年会论文集点燃式天然气发动机燃烧过程的数值模拟研究王忠恕，段加全，刘印，祝遵祥，刘忠长吉林大学汽车工程学院，长春130022摘要：利用混合气形成和燃烧三维模型建立了针对CA6SE1-21N增压点燃式CNG发动机的数值模拟研究平台，并对模型进行了试验验证，同时研究了该发动机混合气形成和燃烧的缸内微观变化历程。验证结果表明：CNG发动机混合气形成及燃烧过程的数值模拟结果和试验结果吻合较好，所选模型适合对CNG发动机进行模拟分析。模拟结果表明：

2、缸内混合气形成可以分为大幅度掺混和弱流动混合两个阶段；采用螺旋进气道、平缸盖时，在压缩后期逐渐形成强涡流、低滚流的刚性涡；点火时刻缸内混合气呈上稀下浓的分布，不利于提高点火稳定性和火焰传播速度。关键词：天然气发动机；混合气；燃烧；数值模拟式天然气发动机上进行的，此发动机在CA6DE1-21柴随着世界能源问题的出现及越来越严格的排放法油机基础上开发的，其结构设计的原则是保持原机基规，世界各国在开发发动机新技术的同时加强了对替本结构不变，尽量保持与原机零部件通用性，如曲轴代燃料的研究，天然气以其丰富的储量

3、及地域分布优连杆机构、冷却系统、润滑系统等保持不变，缸体、势而成为最有前途的车用代用燃料，天然气发动机得缸盖仅做局部改进，其主要技术参数见表1。[1,2]以深入研究和发展。表1CA6SE1-21N点燃式天然气发动机主要技术参数为了满足日益严格的排放法规，世界范围内的内技术参数指标燃机科研工作者进行了大量的研究工作，大量新技术、缸径×行程/mm106×125新装备在内燃机上得到了广泛的应用，使内燃机技术总排量/L6.62获得了飞速的发展，今日的内燃机已是采用了大量先进技术的高科技设备。在工程实际中，有许

4、多问题是点火方式点燃无法通过实际运行来加以研究的，如果采用计算机模喷射方式进气道喷射拟，则可在抽象的模型上反复进行模拟研究，从而解压缩比12.0[3~5]决了这种实际运行或实验难以解决的问题。CFD标定功率/kW155分析在内燃机领域的大量研究成果显示出它在汽车行-1标定转速/r·min2300业部件及整体设计过程中的优势，今后也必将得到更最大转矩/N·m700为广泛的应用。-1对点燃式CNG发动机的缸内混合气形成及燃烧最大转矩转速/r·min1400过程进行数值模拟，能够减少实验次数、完善实验方排放

5、水平EuroIII（ESC）法及指导实验进行，提供实验无法提供的信息，并能燃烧室缩口形节省研究开发费用；缸内CFD可以提供详尽的微观参计算所用的燃烧室形状如图1所示。数，如通过对湍流动能、混合气浓度场、温度场的分[6,7]布情况的分析，找到提高对性能影响的参数。目前，国内外对其点燃式CNG发动机的研究不是很多，本文利用商业流体分析软件STAR-CD建立了针对点燃式CNG发动机的缸内混合气形成及燃烧过程的研究平台，并对典型工况进行了模拟研究。1试验样机图1缩口形燃烧室试验中采用的主要仪器设备见表2，在第

6、一缸气本模拟研究是在进气道喷射的CA6SE1-21N点燃国家高技术研究发展计划（863计划）资助项目（批准号：2006AA11A1A6）作者简介：王忠恕（1977－），男，博士，研究方向：内燃机公害与控制。E-mail:wangzhongshu@jlu.edu.cn成都，2007年8月中国内燃机学会燃烧净化节能分会2007年学术年会论文集缸盖上安装压力传感器，用以测量缸内压力。在皮带为主。在本文采用扩展了的Zeldovich机理。轮上安装了DELTER2613B角标仪用以判断发动机的2.4计算方法上止

7、点信号和行程信号，角标仪的精度为0.1度。燃内燃机缸内流场的求解多采用Euler法或烧过程分析采用DEWE-2010型燃烧分析仪。Lagrange-Euler法相结合的方法。如A.D.高斯曼表2主要试验设备（A.D.Gosman）的RPM程序采用的是纯Euler法，名称型号PHOENICS程序（SIMPLE法）以及R.I.依萨（R.I.Issa）测功器日本小野的电涡流测功机的PISO和EPISO算法也是采用纯Euler法。KIVA系废气测量仪HORIBAMEXA-7000排气分析仪列程序采用的是Lag

8、range和Euler相结合的ALE法，燃烧分析仪DEWETRON-2010型燃烧分析仪由于计算网格要求较低，并容易处理边界运动，特别空气流量计超声波流量计适合缸内流动计算，因此，KIVA系列程序的开发应天然气流量计CMFC25M313NUCNG流量计用获得了很大的成功。SIMPLE法和ALE法是目前国内外应用最为广泛的两种算法。2数学模型和计算方法本模拟采用的是PISO算法，PISO法是SIMPLE法的改进型。SIMPLE的含义是求解压力耦合方程的2.