射流引燃预混合气过程数值模拟

摘要

随着排放法规的日益严格，高效清洁的替代燃料受到越来越多的关注。天然气具有污染低、抗爆性能好、储量丰富等优点。采用射流引燃的方式可以通过射流火焰提供更多的活性基和点火能量来加快气体燃料的燃烧速率，从而提高气体燃料的燃烧效果和稀薄极限。 采用三维CFD软件建立了与已有实验装置相同的带有点火室的定容燃烧装置模型，采用实验数据对模拟计算模型和模型参数进行标定，并开展了多种参数对射流引燃过程影响规律的数值模拟计算研究。 本文主要研究了点火室的喷孔直径、容积大小、喷孔个数和长径比等结构参数以及预混合气当量比、初始温度和初始压力等混合气参数对射流引燃过程的影响。结果表明：增大点火室喷孔直径会使射流火焰进入主燃室的时刻提前，但是由于点火室与主燃室之间形成的压力差较小，因此射流火焰在主燃室中的传播速度较慢；当点火室的喷孔直径过小时由于喷孔处节流作用严重会导致射流火焰在喷孔处发生淬熄，无法进入主燃室中引燃其中的预混合气。在保持点火室长径比不变的情况下增大点火室容积可以增大点火室与主燃室之间的压力差，加快射流火焰在主燃室中的传播速度，但是由于射流火焰在点火室中的传播距离较长，因此喷射进入主燃室的时刻较晚，会形成一定的点火延迟。点火室长径比较小时，射流火焰在点火室中传播距离较短，因此可以更早地引燃主燃室内的预混合气，但是由于点火室内的燃烧不充分而导致射流火焰中的点火能量较少，引燃主燃室内预混合气的速度较慢；点火室长径比过大时则会由于射流火焰在点火室中的传播距离较长而导致部分点火能量损失和进入主燃室的时刻延迟而不利于引燃主燃室内的预混合气。在保持喷孔截面积不变的情况下，适当增加喷孔个数可以加快射流火焰引燃主燃室内预混合气的速度，但是当喷孔数过多时则会导致喷孔直径过小而引起淬熄。适当提高点火室中预混合气的当量比有利于拓展主燃室中稀薄混合气的稀燃极限。提初始温度和初始压力可以缩短燃烧持续时间，加快主燃室中预混合气的燃烧速度。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 天然气发动机

1.3 高能点火系统

1.4 柴油机预混合压燃思想

1.5 点火室射流引燃系统

1.6 本文研究内容

2 数值计算模型的建立

2.1 控制方程

2.2 物理方程

2.2.1 湍流模型

2.2.2 燃烧模型

2.2.3 点火模型

2.2.4 排放模型

2.3 三维CFD模型

2.4 模型验证

2.5 本章小结

3 点火室结构参数对射流过程的影响

3.1 点火室射流过程

3.2 点火室喷孔直径的影响

3.3 点火室容积大小的影响

3.4 点火室长径比的影响

3.5 点火室喷孔个数的影响

3.6 本章小结

4 预混合气参数对射流过程的影响

4.1 预混合气当量比的影响

4.2 预混合气温度的影响

4.3 预混合气压力的影响

4.4 本章小结

5 全文总结与展望

5.1 结论

5.2 展望

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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