本文關(guān)鍵詞：多次噴射對進氣道噴射式氫發(fā)動機影響的數(shù)值模擬研究

  更多相關(guān)文章： 氫發(fā)動機 數(shù)值模擬 倒流 進氣道噴射 多次噴射

【摘要】：全球能源危機與環(huán)境問題一直纏繞著人類,其中,環(huán)境問題在國內(nèi)尤甚,而其主要原因之一是以化石燃料為能源的傳統(tǒng)車用發(fā)動機的燃燒排放。因此,尋求適用于傳統(tǒng)車用發(fā)動機的清潔代用燃料成為研究熱點。在所有代用燃料中,氫氣因能夠同時解決能源及環(huán)境問題而備受關(guān)注。在氫氣的燃燒利用上,雖然外部混合式氫發(fā)動機具有結(jié)構(gòu)簡單且易于實現(xiàn)等優(yōu)點,但也存在易發(fā)生回火早燃、功率密度低等問題。針對外部混合式氫發(fā)動機功率密度低的問題,學(xué)術(shù)界多數(shù)的觀點是:氫氣的密度低、擴散性強,會占據(jù)缸內(nèi)空間,降低發(fā)動機的充量系數(shù),最終導(dǎo)致功率下降。本文則從氫氣射流對進氣道內(nèi)流動狀態(tài)影響的角度出發(fā),借助數(shù)值模擬的方法以AVL Fire為工具研究了進氣道噴射式氫發(fā)動機功率密度低的問題。研究發(fā)現(xiàn):中低轉(zhuǎn)速下,若是采用單次噴射,發(fā)動機存在著“進氣中期新鮮空氣倒流與進氣末期進氣道內(nèi)氫氣殘留量增大”的矛盾。針對上述矛盾,本文提出采用多次噴射的策略進行解決。對該方法進行相關(guān)研究后發(fā)現(xiàn):低轉(zhuǎn)速下,由于進氣中期新鮮空氣回流較為嚴重,四次噴射并未能有效解決回流問題,甚至引起缸內(nèi)最終進入的氫氣量減少;但隨著轉(zhuǎn)速的升高,多次噴射的策略一定程度上緩解甚至解決了進氣中期新鮮空氣回流問題,增加了進入到氣缸內(nèi)的空氣量和氫氣量,使缸內(nèi)的最高燃燒溫度、最高燃燒壓力均得到提高,進而提高了發(fā)動機的動力性能,但同時也導(dǎo)致NO排放增多。另外,采用多次噴射還可以提高缸內(nèi)混合氣的均勻性,縮短快速燃燒期,提高發(fā)動機的指示熱效率。
【關(guān)鍵詞】：氫發(fā)動機 數(shù)值模擬 倒流 進氣道噴射 多次噴射
【學(xué)位授予單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U464.178
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 緒論8-18
• 1.1 課題來源8
• 1.2 研究背景8-11
• 1.2.1 傳統(tǒng)汽車帶來的能源及環(huán)境問題8
• 1.2.2 發(fā)展內(nèi)燃機的代用燃料8-9
• 1.2.3 氫氣燃料的特點9-11
• 1.3 氫發(fā)動機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.4 課題意義12-13
• 1.5 發(fā)動機數(shù)值模擬的發(fā)展13-15
• 1.5.1 數(shù)理模型13-14
• 1.5.2 網(wǎng)格生成技術(shù)14-15
• 1.6 模擬軟件15-16
• 1.7 本課題的主要研究內(nèi)容16-17
• 1.7.1 研究對象16-17
• 1.7.2 研究內(nèi)容17
• 1.8 本章小結(jié)17-18
• 2 三維數(shù)值模擬理論基礎(chǔ)18-22
• 2.1 流動基本控制方程組18-19
• 2.2 湍流模型19-20
• 2.3 燃燒模型20
• 2.4 NO_x排放模型20-21
• 2.5 本章小結(jié)21-22
• 3 數(shù)值計算方法22-28
• 3.1 概述22
• 3.2 CFD求解過程22-27
• 3.2.1 總體計算流程23
• 3.2.2 方程離散化23-25
• 3.2.3 有限體積法25-26
• 3.2.4 常用的離散格式26-27
• 3.3 本章小結(jié)27-28
• 4 數(shù)值模擬過程28-36
• 4.1 幾何模型的建立28-31
• 4.2 邊界條件和初始條件的定義31-33
• 4.3 計算步長的選取33-34
• 4.4 流動及燃燒模型的選取34
• 4.5 本章小結(jié)34-36
• 5 模擬結(jié)果及分析36-64
• 5.1 主要技術(shù)路線36-37
• 5.2 噴氫流量對進氣道內(nèi)流動狀態(tài)的影響37-41
• 5.2.1 不同噴氫流量對進氣道內(nèi)質(zhì)流量的影響38-40
• 5.2.2 不同噴氫流量對進氣道內(nèi)速度場的影響40-41
• 5.2.3 不同噴氫流量對進氣道內(nèi)濃度場的影響41
• 5.3 噴氫流量在進氣末期對進氣道內(nèi)氫氣殘留的影響41-45
• 5.4 多次噴射對發(fā)動機性能的影響45-59
• 5.4.1 多次噴射對進氣道內(nèi)質(zhì)流量的影響48
• 5.4.2 多次噴射對進氣道內(nèi)速度場的影響48-52
• 5.4.3 多次噴射對進氣道內(nèi)濃度場的影響52-53
• 5.4.4 多次噴射對缸內(nèi)充量的影響53-54
• 5.4.5 多次噴射對缸內(nèi)狀態(tài)參數(shù)的影響54-57
• 5.4.6 多次噴射對發(fā)動機動力性的影響57-58
• 5.4.7 多次噴射對發(fā)動機排放性的影響58-59
• 5.5 多次噴射對發(fā)動機回火的影響59-62
• 5.6 本章小結(jié)62-64
• 6 結(jié)論與展望64-66
• 6.1 全文總結(jié)64-65
• 6.2 工作展望65-66
• 攻讀學(xué)位期間參加的科研項目及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文66-68
• 致謝68-70
• 參考文獻70-73

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本文編號：890344