废气再循环对当量比天然气发动机热负荷影响规律的研究

【摘要】：近年来，面对日益严峻的环境问题，汽车行业相继出台新的排放法规以控制汽车尾气中污染物的排放。随着欧Ⅵ排放法规的出台，严苛的排放要求使得天然气发动机添加三效催化转化器以降低NOx排放，为保证三效催化转化器的转化效率，天然气发动机的燃烧模式由传统的稀薄燃烧模式转变为当量比燃烧模式。当量比燃烧模式下较浓的混合气使得发动机燃烧速度快，燃烧温度高，缸内热负荷高。针对当量比天然发动机热负荷高的问题，本文通过在当量比燃烧模式下添加EGR来寻求解决方案。 为从微观上研究废气再循环技术对当量比天然气发动机热负荷的影响规律，本文利用AVL FIRE软件建立当量比天然气发动机三维仿真平台，并进行模拟计算，研究不同EGR率及点火时刻对发动机性能及缸内火焰传播情况、浓度场、温度场的影响规律，得出如下结论： 当量比天然气发动机放热率曲线较陡，放热率峰值较大，缸内温度、压力较高，热负荷较高。火花塞点火后，缸内在火花塞位置处形成初始火核，随后火焰以球面向气缸壁以及燃烧室底部发展。随着燃烧的进行，混合气浓度逐渐下降，其空间分布规律与火焰面密度分布规律基本一致。受混合气燃烧放热的影响，缸内温度场分布规律于浓度场基本一致。 随EGR率的增加，燃烧始点后移，主燃期增长，燃烧速度减慢，放热率下降，温度降低；但缸内压力下降，且最大缸压对应的曲轴转角后移使得发动机的功能力大幅度下降。 点火时刻的提前使得燃烧始点前移，主燃期缩短，燃烧速度加快，缸内压力增加，放热率升高，缸内温度升高且最大缸内压力及温度对应的曲轴转角前移。可通过合理调整点火时刻解决EGR率的增加导致的发动机做功能力下降的问题。 在改变EGR率的同时调整点火时刻，使得最大缸压对应的曲轴转角保持一致，在点火时刻为-32°CA，EGR率为30%时，缸内最高温度下降约600K。缸内温度分布规律随EGR率变化保持一致。 【关键词】：天然气发动机 当量比 废气再循环 点火时刻
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK43
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 引言10-13
• 1.1.1 能源问题及可替代燃料的发展10-13
• 1.1.2 排放问题及排放法规的发展13
• 1.2 天然气发动机燃烧技术的发展现状13-16
• 1.2.1 稀燃天然气发动机14-15
• 1.2.2 当量比天然气发动机15-16
• 1.3 国内外天然气发动机废气再循环技术的研究16-18
• 1.3.1 国外研究现状16-17
• 1.3.2 国内研究现状17-18
• 1.4 CFD 技术的应用与发展18-19
• 1.5 课题主要研究内容与意义19-20
• 第2章 三维仿真平台建立20-28
• 2.1 AVL FIRE 软件介绍20
• 2.2 发动机基本参数20-21
• 2.3 计算网格的建立21-22
• 2.4 模型及算法选择22-25
• 2.4.1 湍流模型24
• 2.4.2 燃烧模型24-25
• 2.4.3 计算方法25
• 2.5 设定初始/边界条件25-26
• 2.6 本章小结26-28
• 第3章 模型验证及计算结果分析28-38
• 3.1 模型有效性验证28
• 3.2 计算结果分析28-35
• 3.2.1 发动机性能分析29-30
• 3.2.2 缸内参数分析30-35
• 3.3 本章小结35-38
• 第4章 EGR 率对当量比天然气发动机热负荷影响的数值模拟38-60
• 4.1 EGR 率对发动机性能的影响38-45
• 4.1.1 仿真参数调整38-39
• 4.1.2 计算结果分析39-42
• 4.1.3 缸内参数分析42-45
• 4.2 点火时刻对发动机性能的影响45-52
• 4.2.1 仿真参数调整46
• 4.2.2 计算结果分析46-49
• 4.2.3 缸内参数分析49-52
• 4.3 EGR 率与点火时刻对发动机热负荷的影响52-57
• 4.3.1 仿真参数调整52-53
• 4.3.2 计算结果分析53-56
• 4.3.3 缸内温度场分析56-57
• 4.4 本章小结57-60
• 第5章 全文总结和展望60-62
• 5.1 全文总结60-61
• 5.2 工作展望61-62
• 参考文献62-66
• 作者简介及科研成果66-68
• 致谢68

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