基于LabVIEW不同燃烧室形状的天然气发动机排放预测

摘要

能源和排放污染问题是21世纪汽车发动机的两大研究主题，世界各国定出愈加苛刻的排放法规，以限制汽车发动机排放量，并积极进行各方面研究，采取措施来缓解能源日渐枯竭和环境恶化问题。点燃式发动机燃料众多，包括汽油、天然气、液化石油气、掺氢气天然气等，其中天然气具有含碳量低热值高等特点，而且储量丰富，易于储存和运输，它作为一种清洁燃料，已经成为一种重要的发动机能源并得到广泛使用。国内外很多学者也进行了大量相关的理论和实验研究，研究包括工作过程模拟、燃烧化学动力学机理研究、排放性能以及综合性能研究等，对它的排放研究更是人们追逐的热点。借鉴前人成果，本文以LabVIEW为软件平台，以天然气发动机为主要研究对象，建立了点燃式发动机的排放预测程序，主要工作包括：
　　 (1)建立了点燃式发动机的准维排放预测模型：包括利用双区模型预测CO、CO2、O，、H，、H2O、OH、H、O、NO、NO、这10种燃烧平衡产物的排放，和在燃烧平衡计算基础上，利用Zeldovich部分平衡浓度法预测NO排放。
　　 (2)在LabVIEW中实现点燃式发动机排放预测程序，为使程序通用化，以适应不同燃料、不同机型和不同工况的变参数计算需求，将表征燃料种类、机型和工况的结构参数和运行参数分类并界面化，并以6135ZG天然气发动机和492Q型汽油机为例来说明程序不同燃料、不同机型和变工况的功能。
　　 (3)考虑到进行燃烧阶段几何参数计算时燃烧室形状差异的影响，论文选择5种典型的点燃式发动机燃烧室：天然气发动机浅盆形燃烧室、半球形燃烧室、碗形燃烧室、楔形燃烧室、浴盆形燃烧室，将这5种燃烧室尺寸参数化，在节点积分法基础上，根据各自的特点，确定了相应的燃烧几何参数计算方法(包括节点划分方法和积分叠加公式)，并编写了相应的程序。
　　 (4)以6135ZG天然气发动机为验证和应用实例：首先预测了额定工况下10种燃烧平衡产物排放和非平衡产物NO排放，验证了程序的正确性，同时分析了这一工况下CO、CO2、NO三种排放物缸内变化规律；随后预测分析了压缩比和燃烧室形状对6135ZG天然气发动机排放的影响；最后，选定一个相同工况点，将天然气发动机的预测排放值与原柴油机的实测排放值进行了对比。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究目的及意义

1.2课题的国内外研究概况

1.2.1准维排放预测模型

1.2.2多维模型

1.3课题研究内容的确定

1.3.1研究对象

1.3.2研究内容

第二章点燃式发动机排放预测理论

2.1碳氢燃料燃烧的化学平衡计算

2.1.1燃烧平衡计算原理及基础公式

2.1.2化学平衡常数Kpi计算

2.1.3平衡产物热力状态参数计算

2.2每循环缸内参数计算

2.2.1每循环缸内混合气总质量

2.2.2气缸总体积和总面积

2.3双区燃烧模型

2.3.1双区燃烧模型介绍

2.3.2模型的基本方程

2.4双区模型相关模型

2.4.1紊流火焰传播模型

2.4.2传热模型

2.5 NO排放预测模型

第三章不同燃烧室形状的几何模型

3.1节点积分法计算原理

3.2不同燃烧室形状的几何参数计算

3.2.1气缸部分计算

3.2.2燃烧室部分计算

第四章程序的实现与通用化

4.1程序的实现

4.1.1虚拟仪器LabVIEW简介

4.1.2程序说明及主要流程图

4.2程序的通用化

4.2.1程序的功能

4.2.2程序通用化示例

第五章排放预测程序的验证与应用

5.1排放预测程序的验证

5.1.1计算参数确定

5.1.2额定工况下的排放预测的验证

5.1.3缸内温度变化规律分析

5.1.4排放物变化规律分析

5.2排放预测程序的应用

5.2.1相同燃烧室形状不同压缩比的排放预测

5.2.2相同压缩比不同燃烧室形状的排放预测

5.2.3改装前后发动机排放对比

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文