天然气发动机稀薄燃烧试验研究与数值模拟

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1、华中科技大学硕士学位论文天然气发动机稀薄燃烧试验研究与数值模拟姓名：吴家平申请学位级别：硕士专业：动力机械及工程指导教师：成晓北20090525华中科技大学硕士学位论文摘要在大气环境污染日益严重，而排放法规日益苛刻的今天，天然气作为一种清洁燃料，已经成为车用发动机未来燃料的首选。合理的采用天然气发动机燃烧控制技术，不但可使天然气发动机保持原有发动机的动力性，而且还能降低成本，提高发动机的经济性。而天然气发动机稀薄燃烧由于其具有排放低、热效率高、经济性好的优点，成为车用发动机首选燃烧方式。本文针对一台点燃式天然气发动机，分别在最

2、大扭矩工况和标定工况下，进行了台架试验，通过改变点火提前角和空燃比，实测缸内压力示功图、压力升高率，通过压力示功图计算得出缸内平均温度、放热率和累积放热量等反映发动机工作性能的参数，分析这些参数的变化规律，对整机的工作性能进行评估，预判发动机在稀薄燃烧条件下出现失火和功率下降的原因，同时为数值模拟计算提供试验数据。结合实测数据和一维工作过程计算，模拟出发动机的热力循环，为三维数值模拟提供准确的边界条件。从三维数值模拟计算模型和数值计算方法出发，结合缸内气体的湍流流动模型、燃烧模型和排放模型，根据天然气发动机的工作特性，选取合适

3、的计算模型和方法，建立了模拟发动机进气流动、缸内燃烧、排气过程的三维动态网格，模拟计算了完整的工作循环过程，得出发动机在不同曲轴转角下的缸内的流动和燃烧情况，并将模拟结果和试验进行对比，分析天然气发动机稀薄燃烧条件下存在问题的原因，为发动机工作性能的进一步改进优化提供理论依据。关键词：天然气发动机燃烧流动三维数值模拟I华中科技大学硕士学位论文AbstractAstheEnvironmentalpollutionisbecomingincreasinglyseriousandEmissionRegulationincreasin

4、glyharsh,naturalgasasacleanfuel,hasbecomethefirstchoiceofalternativefuelforvehicleengine.Byusingthecombustioncontroltechnology,theLNGenginenotonlycankeepthepowerperformance,butalsoreducecostsandimproveengineefficiency.TheLNGengineleancombustionisthepreferredmannerfo

5、rVehicleEnginebecauseofitslowemissions,highthermalefficiencyandgoodeconomics.Inthispaper,anaturalgasSIengine,respectively,workinginconditionofmaximumtorqueandcalibrationinthetestingbychangingthesparkadvanceangleandtheair-fuelratio,tomeasureandacquirecylinderpressure

6、indicatordiagramandrateofpressurerise,throughthepressureindicatordiagramcalculatedtheaveragecylindertemperature,heatreleaserateandaccumulateheatreleasewhichcanreflecttheengineperformance,analysethechangesoftheseparametersandassesstheperformanceofthewholeengine,antic

7、ipatethephenomenonofthefirelossandthereasonsforthedeclineinpowerinleancombustion,atthesametimethetestingresultsanddataswhichcanusedforthethree-dimensionalnumericalsimulation.Andthencombinedwiththemeasureddataandcalculationoftheworkingprocessofone-dimensional,simulat

8、edenginethermalcyclewhichprovideaccurateboundarycondtionforthethree-dimensionalsimulation.Basedonthree-dimensionalnumericalsimulationmodel