壓燃式天然氣發(fā)動機燃燒過程模擬計算和試驗研究.pdf

1、本文提出了一種新的壓燃式天然氣發(fā)動機燃燒系統.為了使高辛烷值的天然氣實現壓縮著火,該系統采用了高壓縮比、電熱塞助燃和燃燒室壁面噴涂隔熱層等技術措施,并采用了進氣預熱.為了克服高辛烷值天然氣在壓縮著火和燃燒過程中出現的失火和敲缸現象,該燃燒系統采用了分隔室式燃燒室結構和天然氣復合供氣系統,從而實現了主、副燃燒室內的混合氣濃度分層和溫度分層,有效地控制了著火時刻及燃燒速度,拓展了發(fā)動機的運行范圍.為了進一步改善發(fā)動機的起動性,擴展稀燃界限,

2、增大高負荷運行范圍,采用了助燃添加劑和熱EGR的技術措施,取得了明顯的效果. 本文介紹了這一壓燃式天然氣發(fā)動機燃燒系統的研制和開發(fā)工作,其中包括新型燃燒系統的構思、燃燒室形狀和隔熱結構設計、復合供氣系統設計、EGR系統設計、助燃添加劑供給系統設計等. 本文介紹了作者對這一燃燒系統進行的模擬計算和燃燒機理分析. 為對這一燃燒系統進行模擬計算,研究其燃燒機理和影響因素,首先建立了由23種物質和42個基元反應式組成的天

3、然氣化學動力學簡化機理,并將該機理與CFD模擬軟件相結合對壓縮著火天然氣發(fā)動機的燃燒過程進行了模擬計算.模擬計算結果表明,復合供氣模式能夠通過進氣溫度、進氣終了缸內混合氣濃度、電熱塞溫度、高低壓供氣量、高壓噴氣起始時刻等參數的優(yōu)化組合在燃燒室內形成合理的混合氣濃度分層和溫度分層,實現了兩級燃燒,擴大了發(fā)動機的運行范圍.進氣溫度、電熱塞溫度及供氣量等運行參數對壓縮著火天然氣發(fā)動機的著火和燃燒過程影響較大,它們主要是通過改變主、副室內混合氣

4、溫度分層和濃度分層效果來影響著火和燃燒過程的；燃燒室?guī)缀涡螤顚θ紵阅艿挠绊懼饕峭ㄟ^氣流運動起作用的.渦流對著火的影響要強于湍流,湍流的主要作用在于促進提高燃燒速度,縮短燃燒持續(xù)時間. 本文還介紹了作者在原理樣機上進行的試驗研究,試驗結果與模擬計算相吻合.試驗結果表明,進氣道低壓供氣模式最容易起動,其次為復合供氣模式,缸內高壓供氣模式難以起動.當壓力升高率超過0.65MPa/℃A時,發(fā)動機出現輕微敲缸現象,而當壓力升高率超過0