噴嘴結(jié)構(gòu)和噴氣正時對船用氣體燃料發(fā)動機進氣和燃燒特性規(guī)律影響研究.pdf

1、能源危機和日益嚴格的排放法規(guī)對內(nèi)燃機的經(jīng)濟性和排放性能提出了更高的要求。天然氣發(fā)動機因其燃料儲量豐富、排放良好得到迅速發(fā)展，但存在天然氣與空氣的混合氣層流火焰?zhèn)鞑ニ俣容^慢的致命弱點，因此，研究如何在壓縮后期形成有利于快速燃燒的混合氣分布顯得尤為重要。噴氣時刻影響天然氣進入發(fā)動機缸內(nèi)的時間順序，進而影響混合氣形成；噴嘴作為燃料供給系統(tǒng)最關鍵的零件之一，其噴口型式對發(fā)動機進氣均勻性有影響。本文針對由船用2135G柴油機改造的天然氣發(fā)動機，進

2、行了噴氣時刻和噴嘴結(jié)構(gòu)對發(fā)動機進氣和燃燒特性規(guī)律影響的數(shù)值模擬研究。
　　首先提出了3種新的燃氣噴嘴結(jié)構(gòu)方案，并利用三維制圖軟件CATIA建立了節(jié)氣門-進氣歧管-噴嘴-進氣道-氣閥-燃燒室的幾何模型；利用計算流體力學軟件AVL FIRE對幾何模型進行了網(wǎng)格劃分，確定了初始條件及邊界條件，選取了合理的湍流模型、著火模型、燃燒模型、排放模型和計算方法，并驗證了模型的有效性。
　　然后對不同噴氣時刻的天然氣發(fā)動機進氣、壓縮和燃燒過

3、程進行了模擬，詳細分析了其對混合氣形成和火焰?zhèn)鞑ミ^程的影響規(guī)律。結(jié)果表明：合理推遲噴氣時刻，使缸內(nèi)混合氣在點火時刻形成火花塞附近較濃，遠離火花塞區(qū)域較稀的分層分布，有利于混合氣快速燃燒，改善發(fā)動機性能。對于針對機型，在25％負荷工況下，上止點后30°CA噴氣時刻形成的混合氣燃燒速度較快；在全負荷工況下，上止點后45°CA噴氣時刻形成的混合氣燃燒速度較快。
　　最后對不同噴嘴結(jié)構(gòu)的天然氣發(fā)動機進氣、壓縮和燃燒過程進行了模擬，詳細分析

4、了其對進氣均勻性和燃燒特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明：噴嘴結(jié)構(gòu)對發(fā)動機進氣均勻性有明顯影響，噴嘴噴射天然氣的方向與空氣來流方向垂直，能夠增強燃氣射流和空氣的碰撞、摻混，使混合氣在進入發(fā)動機缸內(nèi)之前混合良好。對于針對機型，不同噴嘴結(jié)構(gòu)在點火時刻的缸內(nèi)混合氣分布無明顯區(qū)別。但是2＃多孔30°斜角噴嘴在燃燒過程中一直保持較高湍動能，使混合氣快速燃燒，為最優(yōu)噴嘴結(jié)構(gòu)。
　　本文揭示了在稀燃條件下噴氣時刻和噴嘴結(jié)構(gòu)對天然氣發(fā)動機進氣均勻性和燃燒特