天然气发动机燃烧过程的多维数值模拟研究

【摘要】： 在能源危机和环境污染问题日趋严重的21世纪,天然气作为新型燃料应用于发动机具有较大优势,天然气发动机的研究正在受到越来越多的关注。深入研究天然气发动机的燃烧过程对指导天然气发动机的设计开发工作具有良好的工程价值,对深化天然气燃烧理论也有重要学术意义。 数值模拟和台架试验是研究发动机燃烧性能的两个主要手段,数值模拟方法在深化机理研究,节约研究成本和提高研究效率方面的优势尤其突出。本文即采用仿真手段对天然气发动机的燃烧过程进行了深入的研究分析。 本文在三维数学模型中嵌入了化学动力学反应模型,构建了能够深入研究天然气燃烧反应机理、了解天然气发动机燃烧过程的数学模型。同时在发动机专用仿真软件KIVA-3V的基础上嵌入化学反应速率计算程序CHEMKIN2.0程序,实现了上述计算软件的的耦合。并应用CHEMKIN软件对甲烷反应详细机理进行了分析研究,构造了一个适用于该模型的甲烷燃烧简化反应动力学机理。 应用该模型,本文以WT615(CNG)发动机为模拟对象,通过试验验证,证明该模型具有一定的准确性。在此基础上,通过数值模拟计算,研究分析了该发动机燃烧室结构、压缩比、点火提前角、涡流比等因素对整机性能的影响,分析了缸内流场的变化规律、火焰传播过程及主要污染物的生成,并重点研究了稀薄燃烧工况天然气的燃烧特点。在发动机动力性、经济性、排放性及工作可靠性的等方面,计算结果可为发动机运行参数的优化提供一定的理论依据。 【关键词】：天然气发动机 数值模拟 化学动力学 燃烧过程
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TK431
【目录】：

• 致谢4-5
• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 研究背景及意义9-11
• 1.1.1 论文研究背景9-11
• 1.1.2 论文研究意义11
• 1.2 天然气发动机燃烧过程模拟研究现状11-14
• 1.2.1 内燃机燃烧模型的研究现状11-12
• 1.2.2 化学动力学反应模型在内燃机燃烧过程模拟中的应用12-14
• 1.3 论文主要研究内容14-16
• 2 天然气发动机燃烧化学动力学反应的研究16-31
• 2.1 发动机燃料燃烧详细化学动力学模型的研究16-19
• 2.1.1 概述16-17
• 2.1.2 正庚烷和异辛烷详细反应机理的介绍17-19
• 2.2 简化的化学动力学模型及其构筑方法19-22
• 2.2.1 常用简化模型构筑方法19-21
• 2.2.2 甲烷简化动力学模型21-22
• 2.3 天然气燃烧反应简化机理的研究22-27
• 2.3.1 简化机理主要反应组分的研究23-24
• 2.3.2 主要反应路径的分析研究24-25
• 2.3.3 动力学模型简化反应机理的比较分析25-27
• 2.4 化学动力学反应数学模型的建立27-30
• 2.4.1 基本反应速率计算子模型27-29
• 2.4.2 第三类元素参与反应的计算方法29
• 2.4.3 压力对反应影响因素的计算方法29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 3 发动机燃烧过程多维数学模型的建立31-41
• 3.1 数学模型的建立31-36
• 3.1.1 基本控制方程组31-33
• 3.1.2 湍流模型33-36
• 3.2 化学动力学模型的耦合36
• 3.3 数值方法及初边值条件的确定36-40
• 3.3.1 数值计算方法概述36-37
• 3.3.2 时间差分和空间差分37
• 3.3.3 控制方程离散化37-38
• 3.3.4 初始条件和边界条件的确定38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 4 耦合化学动力学反应多维数学模型的实现及试验验证41-53
• 4.1 数学模型的实现41-46
• 4.1.1 多维数学模型计算程序特性分析41-45
• 4.1.2 化学动力学模型计算程序分析45-46
• 4.2 耦合子数学模型的程序实现46-48
• 4.3 试验验证48-51
• 4.3.1 试验测试设备48-49
• 4.3.2 计算模型的建立49-50
• 4.3.3 计算结果与试验结果的对比50-51
• 4.4 本章小结51-53
• 5 天然气发动机燃烧过程数值模拟计算分析53-70
• 5.1 缸内流场的合理组织53-60
• 5.1.1 燃烧室几何形状对缸内流场形成的影响53-58
• 5.1.2 进气涡流对缸内流场的影响58-60
• 5.2 稀薄燃烧工况的燃烧特性研究60-64
• 5.2.1 不同浓度混合气燃烧特性比较分析61-63
• 5.2.2 稀燃工况混合气浓度的优化63-64
• 5.3 发动机部分燃烧性能的特性分析64-69
• 5.3.1 排气温度随工况的变化趋势64-66
• 5.3.2 排放性能研究分析66-69
• 5.4 本章小结69-70
• 6 结论与展望70-72
• 参考文献72-75
• 作者简历75-76

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

EGR对天然气HCCI发动机排放的影响    杨雪;李慧;

柴油机碳烟颗粒生成规律和尺寸分布特性的研究    鞠洪玲

基于LabVIEW不同燃烧室形状的天然气发动机排放预测    展靖华

直喷式CNG发动机燃烧过程的控制技术    林学东,袁兆成,王霆,小野信辅

湍流燃烧反应机理的简化    姜雪丽,刘涛

直喷式柴油机燃用天然气燃料的研究    宋振寰,D.斯蒂芬

均质压燃(HCCI)发动机数学模拟:进展与挑战    解茂昭

大型气相化学动力学软件包CHEMKIN及其在燃烧中的应用    董刚,蒋勇,陈义良,王清安

利用主成分分析法简化甲烷/空气层流预混火焰的反应机理    董刚,邱榕,蒋勇,张和平

湍流模式理论综述    熊鳌魁

CNG发动机工作过程的三维数值模拟    吕林,温苗苗

车用清洁代用燃料及发展趋势    张君涛,梁生荣,丁丽芹

内燃机燃烧过程数学模拟的研究现状及其发展    钟春敏

降低车用稀燃汽油机有害排放物NO_X的排气再循环的研究    邱先文

小型火花点火发动机可控充气准均质稀混合气燃烧的研究    于善颖

内燃机燃烧过程的数值模拟    董芳

基于KIVA-3V的柴油机缸内流动和燃烧过程的数值仿真研究    章炜

离心泵的汽蚀现象    张启寿;

离心式杂质泵蜗壳内部流场数值模拟    徐振法;王银凤;唐铃凤;

简放工作面采空区自燃三带观测及数值模拟研究    丁士杰;冯守志;

温室侧窗开窗形式对流量系数取值的影响    宫彬彬;高洪波;钱稷;

蜂蜜喷雾干燥过程的模拟与仿真    马景林;韩志萍;叶剑芝;周先汉;

丁坝对弯道水流紊动的影响    陈建;张明;史志鹏;何婷婷;

混合弯管湍流的数值模拟    刘晶;

单级涡壳式离心泵内二维流场的数值模拟    梁述环;

基于Fluent的蝶阀三维流动的数值模拟及分析    刘健;李福堂;

三维壁面效应对微喷管性能影响的数值计算    童军杰;岑继文;

水压双喷嘴挡板阀先导阀的CFD分析    孙春耕;罗璟;张利;何敏;

密闭空间内丙烷泄漏燃烧爆炸三维数值模拟计算    鲁建英;陈朗;

事故条件下~(239)PuO_2气溶胶微粒在室内小环境扩散的三维数值模拟    王国庆;昌旭东;付广智;

多区域网络模型在高速列车通风系统中的应用研究    刘福生;谭鲁志;王刚;

流体自控振荡器的模拟研究    孙赫晨;赵静野;

旋转切向入流膜蒸馏装置热容腔CFD的数值模拟    齐晓娟;田瑞;杨晓宏;李嵩;

计算流体力学在膜技术及膜生物反应器研究中的应用    于艳;樊耀波;徐国良;王琦;杨文静;

基于CFD的三缸柱塞泵泵阀失效机理研究    韩传军;刘洋;李蓉;李大彬;雷中清;

MQ-600型气流辅助式喷杆弥雾机风机设计与试验    刘雪美;张晓辉;马伟伟;刘丰乐;

300kA铝电解槽集气罩内气流运动的模拟研究    林秀丽;白英丽;陈宝智;

点火能量与初始压力对瓦斯爆炸特性的影响研究    李润之

气膜孔几何结构对涡轮叶片气膜冷却的影响研究    戴萍

旋流自吸泵设计及内部流动研究    王春林

1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究    付强

碳氢燃料简化动力学模型和当地自适应建表方法在超燃并行计算中的应用    肖保国

低噪声轻量化单缸柴油机的虚拟设计技术研究    杨陈

选择性非催化还原与先进再燃技术的实验及机理研究    吕洪坤

注浆控制岩溶隧道突水地质灾害的机理和模拟方法研究    孙克国

大流量高响应电液比例阀的设计及关键技术研究    傅林坚

喷杆喷雾机风助风筒多目标优化设计    刘雪美

塞流式厌氧发酵反应器物料流场的CFD模拟    张战锋

通风方式对气流组织和室内空气品质的模拟研究    王高飞

基于FLUENT的干法磁分离机理的数值模拟    王发辉

高温矿井热环境数值模拟及热害控制技术研究    侯建军

输送石灰石悬索桥钢索塔抗风性能研究    王春磊

变压吸附管道流体动力学特性研究    苏超

山区风特性参数与自锚式悬索桥的静风稳定性研究    王珺

蒸发式冷凝器数值模拟与优化    万方方

叶轮前侧盖板流固耦合动力学特性研究    张妍

LNG船运动与载荷计算方法研究    郭宇

大气可吸入颗粒物对环境和人体健康的危害    邢黎明;贾继霞;张艳红;

点燃式天然气发动机燃烧过程的试验研究    林学东,袁兆成

ELPI在柴油发动机微粒排放测试上的应用    王波;韩秀坤;何超;

汽油机燃烧过程的数值模拟    李岳林,袁翔,曾昭茂,徐小林

火花点火发动机碗型燃烧室的优化试验研究    李维,周龙保,苏岭

CNG发动机和汽油机燃烧的比较分析    姚勇

KIVA程序网格生成算法的改进及雷诺应力模型计算    王海刚,刘石

压缩比对点燃式天然气发动机性能的影响    姚喜贵,王宇

一种计算火焰与燃烧室之间几何关系的新模型    沈惠贤,刘亮,蒋德明

均质压燃式(HCCI)燃烧的研究    王大兴,张欣,刘建华

预混合压燃发动机混合气形成与燃烧过程研究    姚广涛

压燃式天然气发动机燃烧过程模拟计算和试验研究    郑清平

4SH-N天然气发动机工作过程优化及排放控制    杨立平

CNG发动机工作过程数值模拟    温苗苗

大庆柴油冷滤性能改进剂的研制    西晓丽

燃烧室形状和喷气时刻对CNG发动机燃烧影响的研究    李浩荡

LPG汽车燃烧模拟计算及排放生成规律分析    何文明

基于6135Z柴油机的CNG单燃料发动机性能模拟研究    邵晓杰

火花点火天然气发动机燃烧过程的多维数值模拟研究    沈国华

火花点火天然气发动机燃烧与排放特性研究    马志超

HCNG发动机燃烧排放特性研究与准维模型计算    刘海全

基于LabVIEW的柴油机排放预测模型的建立和应用    苌转

采用改进碳烟模型的柴油机碳烟颗粒物生成及尺寸分布    鞠洪玲;成晓北;汪方阳;王志;

船用双燃料发动机特性研究    靖海国

直喷式CNG发动机燃烧过程的控制技术    林学东,袁兆成,王霆,小野信辅

气门形状对汽油机缸内空气运动的影响    李锋,赵青,罗运军

汽车发动机排放污染分析及对策    冯国胜,吴文江,赵金生,郑明军

内燃机燃烧模型的研究现状与展望    李绍安,苏万华

内燃机内流动的研究    李向荣,付经伦,马维忍

缸内直喷式汽油机工作过程三维数值模拟    胡军军,周龙保,黄勇诚,黄震

直喷式柴油机燃烧模拟    崔山,贾萍稳,杨旭,宋志坤

KIVA程序微机化移植中的问题探讨    杜巍,李向荣,罗生保

直喷式柴油机燃用天然气燃料的研究    宋振寰,D.斯蒂芬

内燃机进气道和缸内三维流场数值模拟    王海刚,陈石,刘石

降低车用稀燃汽油机有害排放物NO_X的排气再循环的研究    邱先文

CA1102Q五气门汽油机电控燃油喷射稀混合气燃烧的研究    裴普成

天然气发动机多点顺序喷射技术的开发研究    刘兴华,陈永义,李铁栓

压燃式天然气发动机的技术现状及展望    郑清平,张惠明,张德福

1190NT天然气发动机的结构特点和性能试验    赵纪君

2105型天然气发动机用汽化-混合器的模拟试验    胡九章

戴姆勒-克莱斯勒M906LAG天然气发动机介绍    阿炜

天然气发动机进排气门的研制    冯仁贵，李清观，姚正刚

对装有EGR的天然气发动机的试验研究    马艳明,许忠厚,马凡华,吕剑飞

TMS320LF2407在天然气发动机控制中的应用    方汉学 ,胡桂苓 ,赵芳

使用天然气 汽车少公害    刘春;

涡轮增压天然气发动机    欧阳雪

组合式空调机流场温度场数值模拟    潘峰;宋传学;刘星;

内部填充泡沫铝的圆柱壳屈曲数值模拟    陈成军;谢若泽;

海底管道冲刷的数值模拟    曹先凡;秦延龙;聂冬;孙建伟;孙昭晨;

下倾管-立管严重段塞流数值模拟    高嵩;尤云祥;李巍;胡天群;

反应装甲对射流干扰的数值模拟研究    武海军;陈利;王江波;张庆明;

高炉混合喷吹煤粉与废旧轮胎的数值模拟    顾明言;刘旭辉;董红岩;

某氯消毒的污水处理厂输送排放系统数值模拟方法的研究    詹杰民;黎建峰;李志伟;陈琳琳;

RTM工艺不同注射方式的充模过程分析    吕昶;薛元德;沈碧霞;

双峰谱海浪的数值模拟技术研究    蔡烽;刘启林;缪泉明;

双峰谱海浪模型及其数值模拟    蔡烽;石爱国;缪泉明;

重汽集团研发天然气发动机    本报记者 郑义

天然气发动机首次进入863计划    记者 王建梁

天然气发动机成新竞争点    关尚宇

大功率天然气发动机成功点火    过国忠 许武英

钻井用天然气发动机获突破    任继凯　傅伟

济柴研制钻井用天然气发动机填补国内空白    记者 任继凯　通讯员 傅伟

现代重工研发成功天然气发动机    广言

锡柴天然气发动机再展“低碳”魅力    通讯员 陈燕　记者 严峻

我国功率最大天然气发动机在锡柴成功点火    记者 过国忠　通讯员 许武英

大功率天然气发动机达国际水平    柯吉

稀燃天然气发动机燃烧过程研究和燃烧系统开发    焦运景

满足国Ⅳ排放标准压缩天然气发动机燃烧过程的研究    司鹏鹍

稀燃天然气发动机燃烧循环变动特性及动力学特征研究    姚宝峰

纤维束冲击拉伸的数值模拟    金宏彬

重型静压推力轴承力学性能及油膜态数值模拟研究    于晓东

中高层大气中三维重力波非线性传播的数值研究    吴少平

压燃式天然气发动机燃烧过程模拟计算和试验研究    郑清平

低散热压缩着火天然气发动机燃烧过程的试验研究    张德福

汽车外部空气动力噪声研究    杨博

汽车超车过程的气动特性研究    吴允柱

天然气发动机燃烧过程的多维数值模拟研究    孟金喆

叶片的弯扭对轴流泵汽蚀抑制的研究    刘仲祥

油气分离器数值模拟与分离性能研究    孙秀君

大面积钛/钢复合板爆炸焊接过程的有限元模拟与分析    薛治国

定量配产器结构及特性研究    徐艳

船舶居住舱室气流组织数值仿真研究    程东梅

粘性液滴的形成与沉积扩散的数值模拟    刘华敏

鼻中隔偏曲鼻腔流场数值模拟    张潇文

鳍片管省煤器流动与传热特性数值模拟及结构优化    卢权

旋喷结合水泥分解炉流动和反应特性的研究    曾令艳