發(fā)布時(shí)間：2017-12-27 10:16

  本文關(guān)鍵詞：噴孔面積和噴氫壓力對(duì)PFI氫內(nèi)燃機(jī)混合氣形成及燃燒的影響　出處：《華北水利水電大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：當(dāng)今世界能源危機(jī)和環(huán)境污染日趨嚴(yán)重,內(nèi)燃機(jī)的代用燃料研究成為熱點(diǎn)課題。氫氣因其儲(chǔ)量大、燃燒清潔、熱效率高的特點(diǎn),在燃料電池和內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,被稱為21世紀(jì)的最終能源。但其在應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)過程中易出現(xiàn)回火、早燃等異常燃燒現(xiàn)象,阻礙了氫內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展。由于異常燃燒的誘因多發(fā)生在混合氣形成過程中,且混合氣形成質(zhì)量的好壞對(duì)缸內(nèi)的燃燒與排放有重要影響,因此如何改善混合氣的形成質(zhì)量顯得尤為重要。本研究基于一臺(tái)改裝的PFI(進(jìn)氣道預(yù)混式)發(fā)動(dòng)機(jī),建立了完整的三維模型。利用AVL-fire軟件分別模擬怠速轉(zhuǎn)速(1000r/min)、最高扭矩轉(zhuǎn)速(4500r/min)、最高功率轉(zhuǎn)速(6000r/min)三種工況下,不同噴孔面積、噴氫壓力對(duì)缸內(nèi)混合氣的形成質(zhì)量及燃燒過程的影響。通過模擬揭示了進(jìn)氣道及缸內(nèi)混合氣速度場(chǎng)、濃度場(chǎng)、湍動(dòng)能等的變化規(guī)律,并基于這些規(guī)律總結(jié)出兩種參數(shù)對(duì)引起氫內(nèi)燃機(jī)早燃和回火趨勢(shì)的影響。結(jié)果表明,3mm噴孔直徑不能滿足中高轉(zhuǎn)速時(shí)噴氫量的要求,在進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)缸內(nèi)當(dāng)量比太小,增大至5mm能顯著提高混合氣當(dāng)量比。增加噴射壓力有利于形成更均勻的混合氣,使燃燒放熱反應(yīng)更加快速合理。0.2MPa噴氫壓力需要超過5mm的噴孔直徑去匹配,而增大噴孔直徑和噴氫壓力會(huì)使NO排放量增加,排放性變差。減小噴孔面積和噴氫壓力會(huì)使噴出的氫氣在進(jìn)氣道的滯留量和從缸內(nèi)回流出的氫氣量增大,增加了發(fā)動(dòng)機(jī)早燃和回火的概率。綜上所述,選擇5mm的噴孔面積和0.3MPa的噴氫壓力,可以在較小的異常燃燒概率下,達(dá)到強(qiáng)動(dòng)力性、優(yōu)經(jīng)濟(jì)性、低排放性的要求。
[Abstract]:Nowadays, the energy crisis and environmental pollution in the world are becoming more and more serious, and the research of alternative fuel for internal combustion engines has become a hot topic. Hydrogen has been widely used in the field of fuel cell and internal combustion engine because of its large reserves, clean combustion and high thermal efficiency. It is known as the final energy in twenty-first Century. However, the abnormal combustion phenomena such as tempering and early combustion are easy to occur during the application of internal combustion engines, which hinders the development of hydrogen internal combustion engines. Because the cause of abnormal combustion occurs mostly in the process of gas mixture formation, and the quality of mixed gas has great influence on the combustion and emission of the cylinder. Therefore, how to improve the formation quality of the mixed gas is particularly important. Based on a modified PFI (intake port premixed) engine, a complete three-dimensional model is established in this study. AVL-fire software was used to simulate the effects of idle speed (1000r/min), maximum torque speed (4500r/min) and maximum power speed (6000r/min) under three working conditions. The effects of different nozzle area and hydrogen pressure on the formation quality and combustion process of cylinder mixture were also simulated. The variation rule of velocity field, concentration field and turbulent kinetic energy in the inlet and cylinder is revealed by simulation. Based on these rules, the influence of two parameters on the trend of early combustion and tempering of hydrogen internal combustion engine is summed up. The results show that the diameter of 3mm orifice can not meet the requirement of hydrogen injection at middle and high speed. When the inlet valve closes, the equivalence ratio of cylinder is too small, increasing to 5mm can significantly increase the equivalence ratio of gas mixture. Increasing the injection pressure is beneficial to the formation of a more uniform gas mixture, which makes the combustion exothermic reaction more rapid and reasonable. The injection pressure of 0.2MPa needs to match the diameter of the jet hole of 5mm, and the increase of the diameter of the nozzle and the pressure of the hydrogen spray will increase the emission of the NO, and the emission is worse. Decreasing nozzle area and hydrogen injection pressure will increase the amount of hydrogen injected into the intake port and the amount of hydrogen flowing back from the cylinder, and increase the probability of early ignition and tempering. To sum up, the choice of 5mm orifice area and 0.3MPa hydrogen injection pressure can meet the requirements of strong power, good economy and low emission under a small probability of abnormal combustion.
【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)】：TK401

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本文編號(hào)：1341301