掺氢天然气HCCI发动机燃烧特性模拟研究

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1、硕士学位论文掺氢天然气HCCl发动机燃烧特性模拟研究SimulationStudyonCombustionCharacteristicsofHydrogen—naturalGasHCCIEngine学号：21Q!QQl2完成日期：呈Q!曼!垒!垒垒大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的

2、研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：攫垒墨垒叁鱼堕竺三笙三垄垫丝整笪丝焦圭坠笪堕，作者签名：主室连日期：三啦年—厶月』、一日大连理工大学硕士学位论文摘要IIIIIIIIlllllllMIIIIIlllllllllllllLIIIY2414855随着不可再生的石油资源的日趋减少和人们环保意识的不断提高，内燃机代用燃料逐渐受到人们的重视。我国天然气储量丰富，其

3、成本为仅为石油的1／3，且燃烧后所排放的有害物质少于石油，如果能将天然气作为内燃机的替代燃料，不仅可以做到缓和内燃机燃料危机的问题，同时可以减少污染物的排放。众多学者对内燃机的替代燃料做过研究，其中天然气掺氢技术受到了学者的高度重视，这种混合燃料对未来汽车行业的发展有着深远的意义和影响。文中利用Chemkin软件中的发动机单区模型，针对掺氢比在5％及5％以下的天然气HCCI内燃机的燃烧特性进行了模拟研究。以VolvoTDl00发动机为原型进行建模，模拟计算了天然气成分为甲烷90％，乙烷10％的HCCI内

4、燃机的燃烧情况，并与文献当中的相关数据进行了对比，模拟计算得到的缸内压力和缸内温度要略高于实验的结果，这是因为，模拟计算忽略了气缸壁的热量损失，且假定气缸内各处的温度和压力都是相同的，而实际情况是各点的温度应该略有不同；在缸径为lOOmm、冲程120ram、转速1000rpm、压缩比为16的单缸发动机上研究了不同掺氢比(0％、2％、5％)对天然气HCCI内燃机燃烧特性的影响，随着掺氢比的增加，着火时刻显著提前，放热率升高，氮氧化物排放增加，缸内压力和缸内温度有一定提升，这是因为氢气的燃烧速度要比天然气快

5、，点火能量低且稀燃极限宽，在天然气中添加少量的氢气会对内燃机的燃烧有明显的促进作用，提高混合气的燃烧速率，拓宽稀燃极限；在缸径为lOOmm、冲程120mm的单缸发动机上模拟计算了不同进气温度、进气压力、压缩比、转速和过量空气系数对5％体积掺氢比的天然气HCCI内燃机燃烧特性的影响，进气温度和进气压力的变化对掺氢天然气发动机影响较大，两者的提高都能够使着火时刻提前，压缩比越大，缸内压力和缸内温度越高，氮氧化物排放越多，提高过量空气系数有利于降低NO排放，转速对掺氢天然气发动机的影响较小；利用Chemkin

6、软件中的发动机多区模型，通过化学反应路径分析模块，对掺氢天然气HCCI内燃机的NOx生成机理进行分析，探究NO在发动机气缸内的主要生成区域和主要生成路径。关键词：天然气；氢气；均质压燃；燃烧模拟掺氢天然气HCCI发动机燃烧特性模拟研究SimulationStudyonCombustionCharacteristicsofHydrogen·naturalGasHCCIEngineAbstractAlongwiththereducingofthenon-renewablepetroleumresources

7、andthecontinuousimprovementofenvironmentalawareness，alternativefuelforinternalcombustionengine(ICengine)isvaluedbypeoplemoreandmore．NaturalgasinChinakeepsquantityabundant．Itscostisonlyonetllirdofpetroleumandharmfulemissionsareless．Usingthenaturalgasasalt

8、ernativefuelforICengine，notonlyCaneasethefuelcrisis，alsoCanreducetheemissionofpollutants．ManyscholarshavedoneresearchesonalternativefuelsforICengines，amongwhichhydrogengastechnologyhasattractedalotofattention．Thishybridfue