發(fā)布時間：2017-09-23 17:08

  本文關鍵詞：壓燃式甲醇直噴發(fā)動機燃燒過程研究

  更多相關文章： 甲醇發(fā)動機 壓燃燃燒 燃燒數值模擬 變參數法

【摘要】：甲醇燃料由于其辛烷值高、抗爆性好、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤煲约敖咏诹愕念w粒物排放等優(yōu)點而逐漸被廣泛關注。甲醇在壓燃式發(fā)動機的熱效率高,但由于甲醇的十六烷值低、汽化潛熱大以及自燃溫度高等原因,致使甲醇在壓燃式發(fā)動機里通常無法通過壓燃方式燃燒,需要采取一些助燃措施。助燃甲醇的措施主要有兩種:(1)增加進氣溫度,使得在壓縮上止點附近的缸內溫度達到甲醇的自燃溫度;(2)改變甲醇燃燒的著火方式,從壓縮燃燒的著火方式變?yōu)榛鸹ㄈc燃的著火方式。本文采取第一種措施,從增加進氣溫度入手,以一臺四缸發(fā)動機為研究對象,建立壓燃發(fā)動機的缸內燃燒模型,并通過已有的柴油燃料試驗值對仿真模型進行驗證。在驗證模型有效性的基礎上,用甲醇燃料替換柴油燃料,對壓燃發(fā)動機燃用甲醇燃料進行相關特性研究,對不同進氣溫度、噴油正時和噴孔直徑等工況參數和幾何參數進行仿真計算,實現對甲醇燃燒過程的分析,主要研究內容如下:(1)建立壓燃式直噴發(fā)動機的數學計算模型;(2)建立發(fā)動機的物理幾何模型,并進行網格劃分;(3)進行邊界條件和模型參數的設置,驗證模型的有效性;(4)在模型驗證有效性的基礎上,將柴油替換為甲醇燃料,分析甲醇在壓燃式發(fā)動機缸內燃燒過程分析;(5)對所建立的模型,使用變參數法對進氣溫度、噴油正時、噴孔直徑等參數對甲醇燃燒過程的影響進行分析。分析結果表明:(1)隨著進氣溫度的提高,甲醇著火時刻提前,燃燒滯燃期縮短,缸內的溫度曲線整體上升。進氣溫度過低會無法達到甲醇燃燒的自燃溫度,溫度過高則會導致甲醇燃燒提前。在不同的曲軸轉角下,缸內平均溫度均隨著進氣溫度的升高而升高,而且相同相位下高溫區(qū)域所占的面積也隨著進氣溫度的升高而增大。(2)隨著噴油正時的提前,甲醇燃燒時刻提前,缸內燃燒壓力、缸內燃燒溫度升高,放熱率曲線峰值顯著增加,主要原因是噴油正時提前,甲醇油束在上止點之前與缸內氣流混合、霧化蒸發(fā)的時間更長,形成更多的甲醇可燃混合氣。放熱率曲線出現急劇的峰值,會導致燃燒噪聲和機械負荷問題的增加。(3)隨著噴孔直徑的減小,甲醇油滴的索特平均直徑減小,噴霧前鋒貫穿距離減小,噴霧破碎越細,蒸發(fā)霧化質量越好,從而促進噴霧更均勻,直接導致著火滯燃期縮短,最大爆發(fā)壓力升高,而且最大爆發(fā)壓力出現時刻提前,缸內最高溫度升高,最高溫度出現時刻提前,但是噴孔直徑過大會導致甲醇后燃、燃燒惡化等問題。本文的仿真計算結果為甲醇能在壓燃發(fā)動機內燃燒提供了一種方法,對甲醇在壓燃式發(fā)動機內的燃燒過程研究提供了一定的依據,為壓燃式甲醇直噴發(fā)動機的燃油供給系統(tǒng)設計和燃燒過程控制提供了依據。
【關鍵詞】：甲醇發(fā)動機 壓燃燃燒 燃燒數值模擬 變參數法
【學位授予單位】：上海工程技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U464.178
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 第一章 緒論14-25
• 1.1 課題背景14-15
• 1.2 代用燃料在內燃機上的應用15-21
• 1.2.1 常見代用燃料15-16
• 1.2.2 甲醇作為替代燃料的意義16-17
• 1.2.3 甲醇在壓燃式發(fā)動機上的應用17-18
• 1.2.4 甲醇燃料在國內外的應用現狀18-21
• 1.3 內燃機缸內流動和燃燒模擬現狀21-22
• 1.4 FIRE軟件簡介22-23
• 1.5 本文的研究內容23-25
• 第二章 壓燃式發(fā)動機多維數值計算模型25-39
• 2.1 氣相湍流流動模型25-30
• 2.1.1 湍流的數值模擬方法25-26
• 2.1.2 湍流運動的基本守恒方程26-27
• 2.1.3 湍流對流的雷諾應力時均方程27-28
• 2.1.4 常用湍流方程28-30
• 2.2 燃油噴霧模型30-37
• 2.2.1 基本方程30-32
• 2.2.2 液滴蒸發(fā)模型32-33
• 2.2.3 液滴破碎模型33-35
• 2.2.4 液滴碰撞聚合模型35-36
• 2.2.5 液滴湍流擴散模型36-37
• 2.3 燃燒模型37
• 2.4 排放模型37-38
• 2.4.1 NOX的生成途徑37-38
• 2.4.2 擴展的Zeldovich模型38
• 2.5 本章小結38-39
• 第三章 壓燃式直噴發(fā)動機計算模型的建立與驗證39-50
• 3.1 壓燃式直噴發(fā)動機燃燒室物理模型建立39-41
• 3.1.1 計算對象39
• 3.1.2 燃燒室?guī)缀文Ｐ偷慕?/span>39-40
• 3.1.3 網格劃分40-41
• 3.2 計算模型的選取41-42
• 3.2.1 缸內氣體流動模型41
• 3.2.2 燃油噴霧模型41
• 3.2.3 燃燒及排放模型41-42
• 3.3 初始條件及邊界條件的確定42-43
• 3.3.1 初始條件的設置42-43
• 3.3.2 邊界條件的設置43
• 3.4 計算模型的驗證43-44
• 3.5 甲醇缸內燃燒過程研究44-49
• 3.5.1 甲醇缸內燃燒過程分析44-46
• 3.5.2 缸內噴霧流場分析46-48
• 3.5.3 甲醇缸內燃燒溫度場與濃度場分析48-49
• 3.6 本章小結49-50
• 第四章 甲醇發(fā)動機變參數燃燒研究50-67
• 4.1 進氣溫度對甲醇壓燃燃燒的影響50-54
• 4.1.1 進氣溫度對甲醇燃燒性能的影響50-52
• 4.1.2 進氣溫度對缸內溫度場的影響52-53
• 4.1.3 進氣溫度對缸內甲醇濃度場的影響53-54
• 4.2 噴油正時對甲醇壓燃燃燒的影響54-58
• 4.2.1 噴油正時對甲醇燃燒性能的影響54-56
• 4.2.2 噴油正時對缸內溫度場影響56-57
• 4.2.3 噴油正時對缸內甲醇濃度場的影響57-58
• 4.3 噴孔直徑對甲醇壓燃燃燒的影響58-65
• 4.3.1 噴孔直徑對噴霧粒度的影響分析58-60
• 4.3.2 噴孔直徑對甲醇燃燒性能的影響60-61
• 4.3.3 噴孔直徑對甲醇缸內溫度場的影響61-64
• 4.3.4 噴孔直徑對甲醇缸內濃度場的影響64-65
• 4.4 本章小結65-67
• 第五章 結論與展望67-69
• 5.1 總結67-68
• 5.2 展望68-69
• 參考文獻69-72
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文及取得的相關科研成果72-73
• 致謝73-74

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本文編號：906444