天然气发动机燃气喷射系统流量特性研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文天然气发动机燃气喷射系统流量特性研究硕士研究生：王德玉指导教师：董全副教授学科、专业：动力工程及工程热物理论文主审人：范立云教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文天然气发动机燃气喷射系统流量特性研究硕士研究生：王德玉指导教师：董全学位级别：工学硕士学科、专业：动力工程及工程热物理所在单位：动力与能源工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedInd

2、ex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngStudyonFlowCharacteristicsofGasInjectionSystemofNaturalGasEngineCandidate:WangDeyuSupervisor:DongQuanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringPowerEngineeringandEngineeringSpecialty:ThermophysicsDateofSubmi

3、ssion:Jan,2018DateofOralExamination:Mar,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的

4、法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密

5、后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日摘要随着对天然气发动机动力性和排放性要求的不断提高，为了改善天然气发动机燃料供给条件，优化配气控制特性，就需要对天然气发动机燃气喷射系统的流量特性进行深入研究。了解天然气发动机燃气喷射系统的流量特性，一方面可以优化喷射过程中的各项延迟，结合控制系统降低燃料逸散，从而减少排放节约能源，另一方面还可以优化喷射燃气与空气的掺混扩散，提高天然

6、气发动机的燃料利用率。本文提出了从时间和空间两个角度分析燃气喷射系统的流量特性，利用数值方法对不同条件下的燃气喷射系统内的流动状态进行研究，为优化发动机的燃料供给提供了有效的理论依据。首先，基于RANS方法建立了关于燃气喷射系统不完全膨胀射流流动状态所需的数学物理模型，通过Sandia实验室的不完全膨胀射流纹影图像完成了数学物理模型的验证，验证的结果表明了该模型能够很好的捕捉不完全膨胀射流出口处的近场激波结构和流动状态参数，可以使用这一模型对燃气喷射系统的流量特性进行深入研究。其次，借助ANSY

7、SFluent模拟燃气喷射系统三维瞬态流动过程，参考喷压比为11的仿真结果定义了整个系统燃气喷射过程的攀升期、稳定期、喷射末期三个阶段；从频域上分析了稳定段流量振荡的影响，体现了特征频率与喷管长度的反比关系；分析了系统中的气动延迟是由于压力波传递而产生的，其主要对燃料供给的控制过程有一定的影响，而系统中的放气延迟是由于喷管在燃气喷射阀关闭后的自然放气而导致的，在这之中，喷管主要体现为蓄压腔的作用；针对不同喷压比和喷管结构下的燃气喷射过程，给出了喷压比和喷管结构与质量流率特性参数的关系，主要表现在

8、降低延迟和提升稳定质量流率上面。最后，借助ANSYSFluent对带有外场的燃气喷射系统进行了仿真研究，结合计算所得的燃气射流速度场和密度场分布探讨了在燃气喷射过程中达到稳定期时射流的近场结构对喷射质量空间分布的作用，表明不完全膨胀射流中形成的马赫盘结构在中轴线方向上对燃气射流的贯穿作用起到了削弱的作用，而所引起的湍动能增加会促进射流在径向上的发展；根据Ouellette的公式推导出喷射质量和贯穿距的二次方成正比的关系，并使用仿真结果进行了验证。关键词：天然气发动机；不完全膨胀射流；气体喷射；流