本文關(guān)鍵詞：基于GT-Power的天然氣發(fā)動機(jī)數(shù)值模擬與研究　出處：《山東理工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：天然氣作為一種清潔能源具有儲存量大、燃燒后有害物質(zhì)排放少、抗爆性好等特點,是一種較為理想的替代燃料。但是天然氣發(fā)動機(jī)與汽油機(jī)和柴油機(jī)相比,在動力性和經(jīng)濟(jì)性方面有較大的差距,為了改善天然氣發(fā)動機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性,需要對發(fā)動機(jī)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。在對天然氣發(fā)動機(jī)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化時,爆震現(xiàn)象是制約發(fā)動機(jī)性能提高的重要因素,因此需要對天然氣發(fā)動機(jī)的爆震規(guī)律進(jìn)行研究。本文以某發(fā)電用增壓天然氣發(fā)動機(jī)模型為基礎(chǔ)對天然氣發(fā)動機(jī)的性能和爆震規(guī)律進(jìn)行了研究。主要研究工作包括:(1)利用GT-Power軟件建立了某發(fā)電用增壓天然氣發(fā)動機(jī)仿真模型,通過對試驗數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行對比對模型的精確性進(jìn)行了驗證。(2)利用發(fā)動機(jī)仿真模型,研究了不同壓縮比、點火提前角等參數(shù)對天然氣發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放特性及爆震發(fā)生時刻、爆震強(qiáng)度、爆震指數(shù)的影響規(guī)律。(3)利用GT-Power中的DOE(試驗設(shè)計)模塊對天然氣發(fā)動機(jī)性能及其重要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,并總結(jié)出了預(yù)測發(fā)動機(jī)性能變化的數(shù)學(xué)公式。通過將天然氣發(fā)動機(jī)仿真模型的模擬結(jié)果與試驗結(jié)果進(jìn)行對比,對仿真模型的精確性進(jìn)行了驗證。在仿真模型中研究了壓縮比、點火提前角等參數(shù)對不同負(fù)荷下天然氣發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性及排放特性的影響規(guī)律,并研究了壓縮比、點火提前角等因素對天然氣發(fā)動機(jī)爆震開始時刻、爆震強(qiáng)度及爆震指數(shù)的影響規(guī)律。結(jié)果表明:隨著壓縮比的不斷增加,發(fā)動機(jī)的爆震可能性不斷增大,爆震開始時刻不斷提前,爆震強(qiáng)度不斷增大;隨著點火提前角的增加,發(fā)動機(jī)的爆震可能性不斷增大,爆震開始時刻不斷提前,爆震強(qiáng)度有一定程度增大;最后利用DOE(試驗設(shè)計)技術(shù),以壓縮比、點火提前角、進(jìn)氣門開啟時刻及排氣門開啟時刻為影響因素,以發(fā)動機(jī)的扭矩、燃?xì)庀穆省Ox排放量、CO排放量及HC排放量為目標(biāo)變量,以氣缸爆發(fā)壓力為約束條件對天然氣發(fā)動機(jī)的性能進(jìn)行了優(yōu)化。對發(fā)動機(jī)的性能進(jìn)行優(yōu)化之后,發(fā)動機(jī)的燃?xì)庀穆首畲蠼档?5.3%,扭矩最大提高10.3%,NOx排放量最大降低19.6%;額定功率工況下扭矩提高了10.3%,燃?xì)庀穆式档土?.3%,NOx排放量降低了6.4%,CO排放量降低了3.6%,HC排放量降低了1.9%。
[Abstract]:As a kind of clean energy, natural gas has the characteristics of large storage, less emission of harmful substances after combustion and good antiknock, and it is an ideal alternative fuel. However, compared with gasoline engine and diesel engine, there is a big gap between the natural gas engine and the gasoline engine and the diesel engine. In order to improve the power and economy of the natural gas engine, the parameters of the engine need to be optimized. When optimizing the parameters of natural gas engine, knock is an important factor that restricts the improvement of engine performance. Therefore, it is necessary to study the knock rule of natural gas engine. In this paper, the performance and detonation laws of a natural gas engine are studied on the basis of a turbocharged natural gas engine model for a power generation. The main research work includes: (1) a simulation model of a turbocharged natural gas engine is built by using GT-Power software. The accuracy of the model is verified by comparing the experimental data with the simulated data. (2) by using the engine simulation model, the influence of different compression ratio, ignition advance angle and other parameters on the power performance, economy and emission characteristics, detonation time, detonation strength and knock index of natural gas engine are studied. (3) use GT-Power's DOE module to optimize the performance and important parameters of CNG engine, and summarize the mathematical formula to predict engine performance change. By comparing the simulation results of the natural gas engine simulation model with the test results, the accuracy of the simulation model is verified. In the simulation model of the compression ratio, ignition advance angle and other parameters on the different load of natural gas engine power, economy and emission characteristics were investigated, and the effects of the compression ratio, ignition advance angle and other factors on the influence of natural gas engine knock start time, and knock knock intensity index. The results show that with the increasing of compression ratio, the possibility of increasing the engine knock, knock start time continue to advance, the knock intensity increasing; with the increase of spark advance angle, increasing the possibility of engine knock, knock knock intensity start time continue to advance, to a certain extent increase; finally the use of DOE (design of experiment) technology. The compression ratio, ignition advance angle, intake valve timing and exhaust valve opening time for the influence factors to the torque of the engine, the gas consumption rate, NOx emissions, CO emissions and HC emissions as the target variable, to the cylinder explosion pressure as constraint conditions to optimize the performance of natural gas engine. After the performance of the engine is optimized, the engine gas consumption rate decreased 15.3%, the maximum torque is increased by 10.3%, the NOx emissions decreased 19.6%; rated power under the condition of torque is increased by 10.3%, the gas consumption rate decreased by 5.3%, the NOx emissions decreased 6.4%, the CO emissions decreased 3.6%, the HC emissions decreased 1.9%.
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK431

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本文編號：1345395