气体燃料高压射流及燃烧特性的数值模拟研究
对于缸内直喷气体燃料发动机而言，燃料的射流特性及燃烧特性是影响发动机动力性及排放特性的关键。因此，对气体燃料的喷射和燃烧过程进行研究十分必要。由于高压气体射流的特性及其与缸内湍流的相互耦合作用，使得直喷气体燃料混合和燃烧过程复杂多变。本文以直喷气体燃料混合和湍流燃烧过程为研究对象，Fluent软件为仿真平台，对气体燃料高压射流特性及燃烧特性进行仿真分析，研究不同因素对气体燃料高压射流特性及燃烧特性的影响。 本文基于流体力学基本控制方程以及湍流模型的理论分析，根据湍流定容燃烧弹系统的结构及工作方式，以Realizable k-ε湍流模型为基础搭建了气体燃料高压射流仿真模型。其可用于模拟计算湍流条件下气体燃料高压射流过程，和开展气体燃料高压射流湍流场与湍流发生装置产生的各向同性湍流场的耦合分析。并对所建立的仿真模型模拟结果与试验数据进行对比验证。 在上述模型的基础上，基于基本方程及燃烧模型的理论分析，以涡耗散燃烧模型为基础，建立了气体燃料高压射流燃烧仿真模型。运用单步总包反应模拟气体燃料燃烧的过程中的化学反应机理，并验证了所建立的数值模拟模型的准确性。 运用建立的气体燃料高压射流仿真模型，进行气体燃料高压射流仿真计算分析。计算得到了不同喷射时刻下气体燃料高压射流的浓度场、速度场、温度场以及湍动能的分布情况。在此基础上分析了不同喷射压力、喷孔直径、背压以及初始湍流对气体燃料高压射流贯穿距离、近场锥角、射流前锋速度及浓度分布的影响。结果表明，与无初始湍流流场的环境相比，定容燃烧弹内的初始湍流流场加快了气体燃料射流过程中的径向发展，但不利于气体燃料的轴向扩散，导致气体燃料射流贯穿距离减小，近场锥角增大。 运用建立的气体燃料射流燃烧仿真模型，进行气体燃料高压射流燃烧仿真计算研究，得到了气体燃料射流燃烧过程中反应物、生成物浓度分布以及温度分布情况。通过对不同喷射压力、喷孔直径、背压以及初始湍流下气体燃料射流燃烧火焰结构、火焰速度分布及火焰温度分布的对比分析，研究了不同因素对气体燃料射流燃烧特性的影响。结果表明，初始湍流流场加速了火焰在空间内的传播速度，促进了火焰长度以及宽度的发展。
缸内直喷气体燃料发动机;气体燃料;高压射流;燃烧特性;数值模拟
北京交通大学
硕士
动力机械及工程
张欣
2018
中文
TK479.22
104
2018-09-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）