大缸徑天然氣發(fā)動機燃燒室優(yōu)化設(shè)計與仿真研究.pdf

1、在能源緊缺和環(huán)境污染嚴重的雙重壓力下，為內(nèi)燃機尋求可替代燃料，已經(jīng)成為內(nèi)燃機研究中的一個緊迫又重要的課題。天然氣憑借儲量豐富、燃燒產(chǎn)物清潔等特性使其在內(nèi)燃機上的應用越來越多，本文針對某發(fā)動機改燃天然氣后存在著動力性不足，經(jīng)濟性差的問題，利用試驗和仿真計算，研究燃燒室結(jié)構(gòu)對大缸徑天然氣發(fā)動機性能的影響，旨在改善發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性。
　?、贋檠芯繅嚎s比的改變對大缸徑天然氣發(fā)動機性能以及缸內(nèi)燃燒過程的影響，結(jié)合機械強度以及改造簡便等

2、要求，選取壓縮比ε=11為目標值進行頂隙優(yōu)化，頂隙由10.5mm縮小至9.3mm，分別利用GT-Power和AVL-Fire建立大缸徑天然氣發(fā)動機仿真模型。通過AVL-Fire缸內(nèi)燃燒模型計算得出不同點火提前角下的燃燒放熱率，結(jié)合GT-Power求解指示熱效率ηit，得到MBT點，為后續(xù)整機性能計算奠定基礎(chǔ);分別利用GT-Power和AVL-Fire模型，研究分析壓縮比對大缸徑天然氣發(fā)動機整機性能和缸內(nèi)燃燒過程的影響。
　　由整機

3、性能仿真結(jié)果可知:當壓縮比由原機的ε=10.5增加到ε=11時，在轉(zhuǎn)速n=1000r/min，過量空氣系數(shù)φa=1.6，100％負荷，ε=10.5時點火角為30°CABTDC，壓縮比ε=11時，點火角度為26°CABTDC的條件下，發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性都得到有效改善。指示熱效率由34.83％上升到36.88％，增加了5.89％;缸內(nèi)最大壓力上升20.77％，且峰值更靠近上止點;有效燃料消耗率由224.07g/(kW·h)降至213.5

4、4 g/(kW·h)，下降了4.70％。
　　缸內(nèi)燃燒模擬結(jié)果顯示:隨著壓縮比的增加，氣缸內(nèi)火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?，缸?nèi)溫度最大值明顯增大;缸內(nèi)出現(xiàn)NOx的時刻越早，并且NOx的生成也越多;當燃燒趨于結(jié)束，缸內(nèi)溫度開始下降，壓縮比越大，溫度降低得越快。
　　②為研究燃燒室結(jié)構(gòu)改變對大缸徑天然氣發(fā)動機性能的影響，以壓縮比ε=11為目標值，在原機燃燒室的基礎(chǔ)上設(shè)計了2號和3號兩種形狀的燃燒室，利用AVL-Fire分別建立缸內(nèi)燃燒模型并

5、進行三維仿真計算。
　　通過對比分析仿真結(jié)果表明:在轉(zhuǎn)速n=1000r/min，過量空氣系數(shù)φa=1.6，100％負荷，2號燃燒室點火角度為26°CA BTDC，3號燃燒室點火角度為28° CABTDC的條件下。2號、3號燃燒室都可以改善發(fā)動機燃燒過程和火焰?zhèn)鞑?，相比?號燃燒室，2號和3號燃燒室缸壓峰值分別增加了10.04％、5.2％;2號和3號指示功率分別增加了3.16％、1.74％;2號和3號燃燒室指示燃油消耗率分別下降了2