本文關(guān)鍵詞：壓燃式甲醇直噴發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程研究

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【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(diǎn)而逐漸被廣泛關(guān)注。甲醇在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(jìn)氣溫度,使得在壓縮上止點(diǎn)附近的缸內(nèi)溫度達(dá)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(diǎn)燃的著火方式。本文采取第一種措施,從增加進(jìn)氣溫度入手,以一臺(tái)四缸發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對象,建立壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)燃燒模型,并通過已有的柴油燃料試驗(yàn)值對仿真模型進(jìn)行驗(yàn)證。在驗(yàn)證模型有效性的基礎(chǔ)上,用甲醇燃料替換柴油燃料,對壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)燃用甲醇燃料進(jìn)行相關(guān)特性研究,對不同進(jìn)氣溫度、噴油正時(shí)和噴孔直徑等工況參數(shù)和幾何參數(shù)進(jìn)行仿真計(jì)算,實(shí)現(xiàn)對甲醇燃燒過程的分析,主要研究內(nèi)容如下:(1)建立壓燃式直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)計(jì)算模型;(2)建立發(fā)動(dòng)機(jī)的物理幾何模型,并進(jìn)行網(wǎng)格劃分;(3)進(jìn)行邊界條件和模型參數(shù)的設(shè)置,驗(yàn)證模型的有效性;(4)在模型驗(yàn)證有效性的基礎(chǔ)上,將柴油替換為甲醇燃料,分析甲醇在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒過程分析;(5)對所建立的模型,使用變參數(shù)法對進(jìn)氣溫度、噴油正時(shí)、噴孔直徑等參數(shù)對甲醇燃燒過程的影響進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明:(1)隨著進(jìn)氣溫度的提高,甲醇著火時(shí)刻提前,燃燒滯燃期縮短,缸內(nèi)的溫度曲線整體上升。進(jìn)氣溫度過低會(huì)無法達(dá)到甲醇燃燒的自燃溫度,溫度過高則會(huì)導(dǎo)致甲醇燃燒提前。在不同的曲軸轉(zhuǎn)角下,缸內(nèi)平均溫度均隨著進(jìn)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(jìn)氣溫度的升高而增大。(2)隨著噴油正時(shí)的提前,甲醇燃燒時(shí)刻提前,缸內(nèi)燃燒壓力、缸內(nèi)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(shí)提前,甲醇油束在上止點(diǎn)之前與缸內(nèi)氣流混合、霧化蒸發(fā)的時(shí)間更長,形成更多的甲醇可燃混合氣。放熱率曲線出現(xiàn)急劇的峰值,會(huì)導(dǎo)致燃燒噪聲和機(jī)械負(fù)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(xì),蒸發(fā)霧化質(zhì)量越好,從而促進(jìn)噴霧更均勻,直接導(dǎo)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(xiàn)時(shí)刻提前,缸內(nèi)最高溫度升高,最高溫度出現(xiàn)時(shí)刻提前,但是噴孔直徑過大會(huì)導(dǎo)致甲醇后燃、燃燒惡化等問題。本文的仿真計(jì)算結(jié)果為甲醇能在壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒提供了一種方法,對甲醇在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒過程研究提供了一定的依據(jù),為壓燃式甲醇直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油供給系統(tǒng)設(shè)計(jì)和燃燒過程控制提供了依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：甲醇發(fā)動(dòng)機(jī) 壓燃燃燒 燃燒數(shù)值模擬 變參數(shù)法
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(nèi)燃機(jī)上的應(yīng)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(dòng)機(jī)上的應(yīng)用17-18
• 1.2.4 甲醇燃料在國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀18-21
• 1.3 內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)流動(dòng)和燃燒模擬現(xiàn)狀21-22
• 1.4 FIRE軟件簡介22-23
• 1.5 本文的研究內(nèi)容23-25
• 第二章 壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)多維數(shù)值計(jì)算模型25-39
• 2.1 氣相湍流流動(dòng)模型25-30
• 2.1.1 湍流的數(shù)值模擬方法25-26
• 2.1.2 湍流運(yùn)動(dòng)的基本守恒方程26-27
• 2.1.3 湍流對流的雷諾應(yīng)力時(shí)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(kuò)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(kuò)展的Zeldovich模型38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 第三章 壓燃式直噴發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算模型的建立與驗(yàn)證39-50
• 3.1 壓燃式直噴發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室物理模型建立39-41
• 3.1.1 計(jì)算對象39
• 3.1.2 燃燒室?guī)缀文Ｐ偷慕?/span>39-40
• 3.1.3 網(wǎng)格劃分40-41
• 3.2 計(jì)算模型的選取41-42
• 3.2.1 缸內(nèi)氣體流動(dòng)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(shè)置42-43
• 3.3.2 邊界條件的設(shè)置43
• 3.4 計(jì)算模型的驗(yàn)證43-44
• 3.5 甲醇缸內(nèi)燃燒過程研究44-49
• 3.5.1 甲醇缸內(nèi)燃燒過程分析44-46
• 3.5.2 缸內(nèi)噴霧流場分析46-48
• 3.5.3 甲醇缸內(nèi)燃燒溫度場與濃度場分析48-49
• 3.6 本章小結(jié)49-50
• 第四章 甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)變參數(shù)燃燒研究50-67
• 4.1 進(jìn)氣溫度對甲醇?jí)喝既紵挠绊?/span>50-54
• 4.1.1 進(jìn)氣溫度對甲醇燃燒性能的影響50-52
• 4.1.2 進(jìn)氣溫度對缸內(nèi)溫度場的影響52-53
• 4.1.3 進(jìn)氣溫度對缸內(nèi)甲醇濃度場的影響53-54
• 4.2 噴油正時(shí)對甲醇?jí)喝既紵挠绊?/span>54-58
• 4.2.1 噴油正時(shí)對甲醇燃燒性能的影響54-56
• 4.2.2 噴油正時(shí)對缸內(nèi)溫度場影響56-57
• 4.2.3 噴油正時(shí)對缸內(nèi)甲醇濃度場的影響57-58
• 4.3 噴孔直徑對甲醇?jí)喝既紵挠绊?/span>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(nèi)溫度場的影響61-64
• 4.3.4 噴孔直徑對甲醇缸內(nèi)濃度場的影響64-65
• 4.4 本章小結(jié)65-67
• 第五章 結(jié)論與展望67-69
• 5.1 總結(jié)67-68
• 5.2 展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的相關(guān)科研成果72-73
• 致謝73-74

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本文編號(hào)：906444