本文關(guān)鍵詞：采用內(nèi)置EGR的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)模擬及國(guó)Ⅴ試驗(yàn)研究

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【摘要】：內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展已經(jīng)歷100多年,并為人類做出巨大貢獻(xiàn)。隨著能源與環(huán)境問(wèn)題的日益突出,尋找高效、清潔的內(nèi)燃機(jī)替代能源已刻不容緩。對(duì)我國(guó)而言,天然氣儲(chǔ)量豐富、價(jià)格便宜、燃燒理化特性良好,且天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)有害氣體CO2、NOX、HC排放相比傳統(tǒng)汽、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)勢(shì)明顯;天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)在功率上有所下降,但在部分行業(yè),如城市公交、出租車以及港口牽引車方面擁有巨大優(yōu)勢(shì),因此用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)替代部分汽柴油發(fā)動(dòng)機(jī)切實(shí)可行。本文基于中國(guó)重汽集團(tuán)與西華大學(xué)合作項(xiàng)目“MT07天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)國(guó)Ⅳ升國(guó)Ⅴ技術(shù)開(kāi)發(fā)”,以內(nèi)置EGR發(fā)動(dòng)機(jī)MT07為試驗(yàn)對(duì)象,選配天然氣控制系統(tǒng)關(guān)鍵零部件,在匹配不同增壓器的基礎(chǔ)上,對(duì)點(diǎn)火提前角、燃空比進(jìn)行標(biāo)定,完成國(guó)五開(kāi)發(fā)目標(biāo)。利用Pro/E、FIRE軟件建立MT07發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模型,確定模擬工況轉(zhuǎn)速1400rpm、負(fù)荷100%,設(shè)置初始條件、邊界條件,并選擇合適的湍流、燃燒、點(diǎn)火模型,最后驗(yàn)證模型可靠性。利用模型模擬研究燃燒室形狀、點(diǎn)火提前角和燃空比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒過(guò)程的影響。結(jié)果表明擠氣面積越大的燃燒室獲得更大的缸內(nèi)平均湍動(dòng)能和高流速區(qū)域,但這對(duì)縮短燃燒滯燃期幫助不大,對(duì)加快急燃期效果明顯;增大點(diǎn)火角度和燃空比都有助于燃燒重心前移,提高發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率,同時(shí)提高缸內(nèi)溫度和壓力,惡化NOX排放。在此基礎(chǔ)上研究稀薄燃燒結(jié)合EGR和當(dāng)量燃燒結(jié)合EGR的燃燒模式,結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)量燃燒結(jié)合EGR相比于稀薄燃燒結(jié)合EGR的燃燒模式可以在改善天然氣對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放的前提下增大輸出功率,且當(dāng)量燃燒結(jié)合EGR的燃燒模式排放和動(dòng)力性能優(yōu)于稀燃結(jié)合EGR的方式。本文在研究天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展及其效果的基礎(chǔ)上,提出達(dá)到國(guó)Ⅴ排放法規(guī)的技術(shù)方案:稀燃、增壓中冷、單缸獨(dú)立高能點(diǎn)火、CFV(持續(xù)流)、寬域氧傳感器形成閉環(huán)控制以及氧化催化器(DOC)。設(shè)計(jì)以穩(wěn)態(tài)(ESC)排放優(yōu)化為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)(ETC)排放為目的的試驗(yàn)方案。ESC排放優(yōu)化針對(duì)點(diǎn)火提前角和燃空比,研究其對(duì)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力、排放性能的影響,為發(fā)動(dòng)機(jī)面工況匹配合適的點(diǎn)火提前角和燃空比map圖。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),大部分工況點(diǎn)內(nèi)置EGR作用下天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)稀燃極限燃空比上升;NOX排放隨著點(diǎn)火提前角的增大呈現(xiàn)先升后降,隨燃空比減小而降低的趨勢(shì);CH4排放隨點(diǎn)火提前角的增大呈現(xiàn)先降后升,隨燃空比減小先降后升的趨勢(shì);在中高負(fù)荷、大負(fù)荷工況點(diǎn)(75%、100%)為達(dá)到國(guó)五排放,功率損失是6%,在低負(fù)荷、中等負(fù)荷工況點(diǎn)(25%、50%),功率損失高達(dá)14%。
【關(guān)鍵詞】：天然氣發(fā)動(dòng)機(jī) CFV 稀薄燃燒 內(nèi)置EGR 國(guó)Ⅴ排放
【學(xué)位授予單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK437
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-24
• 1.1 研究背景9-12
• 1.1.1 能源與環(huán)境問(wèn)題9-10
• 1.1.2 替代能源10-11
• 1.1.3 排放法規(guī)11-12
• 1.2 天然氣的能源地位和性質(zhì)12-15
• 1.2.1 天然氣的能源地位12-13
• 1.2.2 天然氣物化性質(zhì)13-15
• 1.2.3 天然氣作為內(nèi)燃機(jī)替代能源的的缺點(diǎn)15
• 1.3 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展15-21
• 1.3.1 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀15-19
• 1.3.2 改善天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能的關(guān)鍵技術(shù)19-20
• 1.3.3 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)排放技術(shù)20-21
• 1.4 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)值模擬21-22
• 1.5 課題研究意義及內(nèi)容22-24
• 2 發(fā)動(dòng)機(jī)CFD模擬研究24-35
• 2.1 建立三維模型24-28
• 2.1.1 燃燒室?guī)缀文Ｐ?/span>24-25
• 2.1.2 劃分網(wǎng)格25-28
• 2.2 初始條件、邊界條件、子模型的設(shè)置和計(jì)算模型的驗(yàn)證28-34
• 2.2.1 初始條件和邊界條件的設(shè)置28
• 2.2.2 模型基本狀態(tài)方程和控制方程28-33
• 2.2.3 模型驗(yàn)證33-34
• 2.3 本章小結(jié)34-35
• 3 模擬結(jié)果的分析35-50
• 3.1 燃燒室形狀對(duì)缸內(nèi)流場(chǎng)和燃燒的影響35-41
• 3.1.1 燃燒室形狀對(duì)缸內(nèi)流場(chǎng)的影響35-39
• 3.1.2 不同燃燒室形狀對(duì)燃燒過(guò)程的影響39-41
• 3.2 點(diǎn)火提前角對(duì)缸內(nèi)燃燒的影響41-43
• 3.3 燃空比對(duì)缸內(nèi)燃燒的影響43-45
• 3.4 EGR率對(duì)缸內(nèi)燃燒的影響45-48
• 3.4.1 稀薄燃燒結(jié)合EGR燃燒模式的模擬研究46-47
• 3.4.2 當(dāng)量燃燒結(jié)合EGR燃燒模式47-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 4 試驗(yàn)平臺(tái)的搭建50-56
• 4.1 項(xiàng)目研究分析50-51
• 4.1.1 試驗(yàn)開(kāi)發(fā)目標(biāo)50
• 4.1.2 試驗(yàn)技術(shù)方案50-51
• 4.2 試驗(yàn)系統(tǒng)的搭建51-55
• 4.2.1 試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)51-53
• 4.2.2 試驗(yàn)測(cè)試設(shè)備53-54
• 4.2.3 天然氣電控系統(tǒng)54-55
• 4.2.4 試驗(yàn)臺(tái)架的布置55
• 4.3 本章小結(jié)55-56
• 5 發(fā)動(dòng)機(jī)國(guó)五排放的試驗(yàn)標(biāo)定及排放計(jì)算56-76
• 5.1 發(fā)動(dòng)機(jī)排放標(biāo)定流程56-57
• 5.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的臺(tái)架標(biāo)定試驗(yàn)57-59
• 5.2.1 排氣背壓的標(biāo)定57-58
• 5.2.2 點(diǎn)火提前角和燃空比的標(biāo)定58-59
• 5.3 標(biāo)定參數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放和扭矩的影響59-66
• 5.3.1 點(diǎn)火提前角對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放的影響59-61
• 5.3.2 燃空比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放和扭矩的影響61-62
• 5.3.3 最終燃空比和點(diǎn)火提前角map62-66
• 5.4 標(biāo)定后性能分析和穩(wěn)態(tài)(ESC)、瞬態(tài)(ETC)排放計(jì)算66-75
• 5.4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定前后性能比較66-69
• 5.4.2 穩(wěn)態(tài)(ESC)排放的計(jì)算69-72
• 5.4.3 發(fā)動(dòng)機(jī)的ETC試驗(yàn)72-75
• 5.5 本章小結(jié)75-76
• 6 總結(jié)與展望76-78
• 6.1 全文總結(jié)76
• 6.2 工作展望76-78
• 參考文獻(xiàn)78-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文及科研成果81-82
• 致謝82-83

【相似文獻(xiàn)】

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6 關(guān)尚宇;天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)成新競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)[N];中國(guó)工業(yè)報(bào);2009年

7 通訊員 陳燕　記者 嚴(yán)峻;錫柴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)再展“低碳”魅力[N];中國(guó)工業(yè)報(bào);2010年

8 記者 王建梁;重汽研發(fā)成功天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

9 記者 過(guò)國(guó)忠 通訊員 陳燕;一汽錫柴加快開(kāi)發(fā)大功率天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

10 任繼凱　傅偉;鉆井用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)獲突破[N];中國(guó)石化報(bào);2010年

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