柴油引燃天然气发动机燃烧特性数值模拟研究

作     者：李智强 

作者单位：大连海事大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邓洋波

授予年度：2021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：柴油引燃天然气发动机 燃烧性能 排放物 引燃柴油喷射速度 喷油提前角 

摘      要：目前能源缺乏和环保问题受到很多人的关注,天然气作为一种替代能源逐渐走进人们的视野。天然气储量丰富,经济性好,燃烧后的排放产物低,是一种很好的替代燃料。柴油引燃天然气发动机由于具有经济性好、排放低、压缩比高等优点,得到了广泛应用。目前柴油引燃天然气发动机有很多技术问题没有解决,因此对柴油引燃天然气发动机的研究具有重要意义。引燃柴油雾化效果和缸内流体流动状态对柴油引燃天然气发动机的燃烧和排放有着主要影响。本文采用数值模拟的方法,从引燃柴油喷射速度、喷射提前角和天然气当量比参数三个方面,研究并分析了对柴油引燃天然气发动机燃烧性能和排放污染物生成量的影响。首先建立了发动机燃烧室几何模型,划分结构网格,在FLUENT中设置动网格,选取数学计算模型,设定边界条件和初始条件,对模拟结果进行对比验证和网格无关性验证。通过数值模拟取得主要结论如下:(1)较高的引燃柴油喷射速度,可以增强气缸内流体流动速度,提高油气掺混和燃烧效果,提高了发动机的性能。引燃柴油喷速越大,排放污染物NO生成量越多,生成的碳烟越少。(2)随着喷射提前角的增加,压力和温度峰值升高,燃烧高温分布区域增加。随着喷油提前角增加,NO质量分数升高,NO大量分布在高温燃烧区域。(3)随着当量比的增加,压力和温度上升,NO生成量增多,NO大量生成在高温已燃区,燃烧温度越高,NO排放量越高。随着当量比的增加,碳烟生成量下降,碳烟一般生成在被高温火焰包围的缺氧区域和燃烧室底部。