喷气方向和喷气位置对天然气发动机燃烧特性的影响研究

作     者：黄小凡 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：石勇

授予年度：2018年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：天然气发动机 喷气方向 喷气位置 混合气分层 燃烧特性 

摘      要：能源的大量消耗和环境的严重污染,迫使人们加快了对新能源开发的步伐。天然气作为一种储量较为丰富、燃烧清洁的燃料,很快成为当前多个行业的主要替代能源,这也推动了天然气发动机的快速发展。而天然气发动机的燃烧特性决定着发动机的动力性、经济性和排放性,对其进行深入的研究是非常有必要的。因此,本文利用6K天然气发动机,通过三维CFD仿真技术,在全负荷工况点下,针对其6#缸体不同管径的喷管分别研究了不同喷气方向和喷气位置对发动机进气混合和燃烧特性的影响。在不同管径的燃气喷管下对喷气方向对发动机燃烧特性的影响的研究结果表明:相较于原机喷管,6mm管径的燃气喷管,适当地减小喷气方向与水平方向的夹角有利于在点火时刻时缸内形成较为明显的上浓下稀的混合气浓度分层,从而可以提高缸内燃烧速率,而对于管径为8mm的燃气喷管,适当地增大喷气方向与水平方向的夹角则更加有利于发动机燃烧特性的提高;在不同进气位置下对发动机的燃烧特性进行对比分析发现:进气位置的改变对发动机的进气均匀性有明显影响,随着喷管喷气位置向进气道内延伸,燃气射流与进气道及进气阀壁面的碰撞效果增强,加快了CH与空气的掺混,提高了进气效率。研究不同管径的喷气方向和喷气位置对发动机燃烧特性的影响程度可以发现,在喷气量一定的前提下,管径的不同主要影响了燃气的喷出速度,这种速度的差异直接导致了进气道内速度场变化的不均匀性,促使了每个工况下混合气分层的不同。其中,6mm管径的喷管在不同的喷射方向和喷气位置下对燃烧结果的影响程度明显大于8mm管径的喷管,相应的优化效果也更加明显,所以在喷管管径设计要求的范围内,适当减小喷管管径,有利于燃气的迅速喷出,缸内的进气的优化效果明显。