本文關(guān)鍵詞：基于FIRE的PFI氫發(fā)動(dòng)機(jī)噴氫時(shí)刻及噴孔位置的模擬研究

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【摘要】：氫氣具有燃燒速度快、著火界限寬、點(diǎn)火能量低等特點(diǎn),因此成為新能源研究的一個(gè)熱門。同時(shí)氫發(fā)動(dòng)機(jī)依然面臨著很多的問(wèn)題,比如容易出現(xiàn)回火、早燃、爆燃等異常燃燒現(xiàn)象。由于混合氣形成的結(jié)果對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)是否發(fā)生異常燃燒起著重要的作用,且混合氣形成質(zhì)量的好壞直接影響燃燒質(zhì)量與排放,因此把握氫內(nèi)燃機(jī)的混合氣形成規(guī)律、并通過(guò)改變不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)優(yōu)化混合氣的形成過(guò)程十分重要。本研究使用了AVL-Fire軟件來(lái)進(jìn)行模擬計(jì)算,以嘉陵JH600發(fā)動(dòng)機(jī)為原型,使用Pro/E軟件建立了三維仿真模型,導(dǎo)入Fire軟件中進(jìn)行數(shù)值模擬的計(jì)算。通過(guò)選取不同的噴氫時(shí)刻和噴孔位置,對(duì)怠速(1000r/min)、最大扭矩轉(zhuǎn)速(4500r/min)、最大功率轉(zhuǎn)速(6000r/min)三種轉(zhuǎn)速下的發(fā)動(dòng)機(jī)噴氫及燃燒過(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算,基于對(duì)混合氣形成和燃燒過(guò)程的模擬,根據(jù)獲得的發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)參數(shù)的分布規(guī)律,從混合氣的均勻性和抑制異常燃燒的角度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣的形成質(zhì)量進(jìn)行合理評(píng)價(jià);根據(jù)點(diǎn)火后缸內(nèi)的壓力、溫度以及NO質(zhì)量分?jǐn)?shù)的曲線對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒特性進(jìn)行分析。研究表明:噴氫時(shí)刻過(guò)早,缸內(nèi)的混合氣均勻性較差;噴氫時(shí)刻過(guò)晚,缸內(nèi)的混合氣濃度較低;在噴氫時(shí)刻為414°CA時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)的混合氣質(zhì)量較優(yōu)。同時(shí)通過(guò)對(duì)噴孔位置的研究表明,噴孔位置離氣缸過(guò)遠(yuǎn),會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣道內(nèi)氫氣殘余量增加,不利于缸內(nèi)的燃燒,而且高湍動(dòng)能的混合氣距離排氣門較近,容易發(fā)生早燃的現(xiàn)象。因此可以得知,在噴孔為鼻梁位置、噴氫時(shí)刻為414°CA時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)的混合氣質(zhì)量和燃燒特性較優(yōu),且有利于抑制異常燃燒的發(fā)生。
【關(guān)鍵詞】：氫發(fā)動(dòng)機(jī) 噴氫時(shí)刻 噴孔位置 混合氣質(zhì)量 燃燒特性
【學(xué)位授予單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK463
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 緒論8-16
• 1.1 課題來(lái)源8
• 1.2 研究背景8-10
• 1.2.1 能源危機(jī)和環(huán)境污染8-9
• 1.2.2 清潔能源的研究9-10
• 1.3 氫能源在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3.1 氫燃料內(nèi)燃機(jī)的開(kāi)發(fā)10-12
• 1.3.2 氫內(nèi)燃機(jī)在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.4 氫發(fā)動(dòng)機(jī)研究的核心13-14
• 1.4.1 氫發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣的形成方式13
• 1.4.2 氫發(fā)動(dòng)機(jī)異常燃燒的機(jī)理13-14
• 1.5 課題研究思路和方法14-15
• 1.5.1 研究?jī)?nèi)容14-15
• 1.5.2 技術(shù)路線15
• 1.6 本章小結(jié)15-16
• 2 AVL-Fire軟件介紹和數(shù)值模擬16-24
• 2.1 軟件介紹16
• 2.2 數(shù)學(xué)模型和控制方程16-20
• 2.2.1 基本控制方程16-17
• 2.2.2 湍流模型17-18
• 2.2.3 燃燒模型的選擇18-19
• 2.2.4 NOX排放模型19-20
• 2.3 控制方程的解法20-21
• 2.3.1 離散方法20
• 2.3.2 求解方法20-21
• 2.3.3 審斂標(biāo)準(zhǔn)21
• 2.4 本章小結(jié)21-24
• 3 研究方案和模型建立24-30
• 3.1 研究方案24-26
• 3.2 模型建立26-28
• 3.2.1 網(wǎng)格劃分26-27
• 3.2.2 模型的初始條件和邊界條件27
• 3.2.3 噴氫控制策略27-28
• 3.2.4 點(diǎn)火時(shí)刻28
• 3.2.5 計(jì)算步長(zhǎng)28
• 3.3 本章小結(jié)28-30
• 4 噴氫時(shí)刻、噴孔位置對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣形成的影響30-52
• 4.1 怠速（1000r/min）下混合氣的形成30-37
• 4.1.1 對(duì)速度場(chǎng)分布的影響30-33
• 4.1.2 對(duì)湍動(dòng)能的影響33-35
• 4.1.3 對(duì)混合氣濃度的影響35-37
• 4.1.4 怠速（1000r/min）下混合氣的綜合分析37
• 4.2 最大扭矩轉(zhuǎn)速（4500r/min）下混合氣的形成37-44
• 4.2.1 對(duì)速度場(chǎng)分布的影響37-40
• 4.2.2 對(duì)湍動(dòng)能的影響40-42
• 4.2.3 對(duì)混合氣濃度的影響42-44
• 4.2.4 最大扭矩轉(zhuǎn)速（4500r/min）下混合氣的綜合分析44
• 4.3 最大功率轉(zhuǎn)速（6000r/min）下混合氣的形成44-51
• 4.3.1 對(duì)速度場(chǎng)分布的影響44-47
• 4.3.2 對(duì)湍動(dòng)能的影響47-49
• 4.3.3 對(duì)混合氣濃度的影響49-50
• 4.3.4 最大功率轉(zhuǎn)速（6000r/min）下混合氣的綜合分析50-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 5 噴氫時(shí)刻、噴孔位置對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特性的影響52-60
• 5.1 點(diǎn)火后壓力場(chǎng)的變化52-54
• 5.2 點(diǎn)火后溫度場(chǎng)的變化54-57
• 5.3 點(diǎn)火后NO質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化57-59
• 5.4 本章小結(jié)59-60
• 6 全文總結(jié)和展望60-62
• 6.1 全文總結(jié)60-61
• 6.2 展望61-62
• 攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文62-64
• 致謝64-66
• 參考文獻(xiàn)66-68

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