大缸径低热值生物质气发动机掺混甲烷燃烧特性仿真研究
面对目前我国快速发展下产生的能源紧缺和环境问题，加强清洁可再生能源的利用是内燃机研究领域的重要课题。生物质气用作发电用发动机的代用燃料，可减少煤炭以及化石能源的使用，减少环境污染，并提高能源利用率。但由于生物质气含有大量惰性组分，热值较低，用于发电用大缸径发动机，会造成发动机易失火，工作不稳定，效率较低等问题。本文采用数值模拟的方法，对甲烷掺混下的生物质气发动机的燃烧特性进行了研究，并基于燃烧改进的目的，研究了甲烷喷射对生物质气发动机燃烧特性的影响，主要工作和结论为： （1）为后续生物质气的选取，研究了不同条件下的几种生物质气层流燃烧速度，结果表明：生物质气2掺混甲烷在当量比为1.0之前可以明显提高层流燃烧速度，且掺混比例越高，层流燃烧速度越快。 （2）为研究生物质气在大缸径发动机中的应用，首先针对生物质气在大缸径发动机中能否成功燃用进行研究，并以PFI的方式掺混一定量的甲烷，研究掺混甲烷对生物质气发动机燃烧过程的影响。 仿真结果表明：综合分析选取了生物质气2作为研究对象，由于含有较多的惰性组分，在大缸径发动机内不可燃用，因此向其中掺混一定量的甲烷，随着掺混比例的增大，火焰传播速度逐渐加快，整个燃烧持续期逐渐缩短，且当掺混比例为8%时，发动机指示热效率较高，因此在后续研究中固定甲烷掺混比例为8%。 （3）为研究甲烷混合策略对发动机性能影响，上述表明以PFI的方式掺混甲烷可以提高燃烧速度，并改善了发动机性能，后续以DI的方式掺混甲烷，将PFI模式与DI模式进行对比，探究甲烷直喷对发动机性能的影响；在DI模式下改变喷射与点火时刻，探究了不同喷射与点火间隔下可能形成的不同燃烧模式以及不同燃烧模式对燃烧过程的影响；并进一步调整了不同燃烧模式下喷射与点火时刻，但保证喷射与点火的时间间隔不变，探究了相同喷射与点火间隔对发动机燃烧过程的影响。 仿真结果表明：相比于PFI模式，DI模式有利于混合气的形成，加快燃烧速度，使放热更加集中；在DI模式下，当喷射与点火间隔大于24℃A时，缸内的燃烧过程与预混燃烧类似；当喷射与点火间隔在大于12℃A小于24℃A时，缸内形成浓度分层的燃烧模式；而当点火与喷射的时间间隔小于12℃A时，会形成烟羽点火燃烧模式，且烟羽点火燃烧模式燃烧速度明显高于另外两种模式。 当相同喷射与点火间隔下形成的燃烧模式为烟羽点火燃烧模式时，发动机指示热效率最高，可达到44.5%，此时对应的喷射时刻为24℃A BTDC，点火时刻为16℃A BTDC。最后，将三种燃烧模式在MBT点火时的NOX排放进行了对比，得到烟羽点火燃烧模式下的NOx排放量最少。
生物质气发动机;甲烷;混合策略;燃烧特性
重庆交通大学
硕士
交通运输
简晓春
2023
中文
TK438.9
2023-09-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）