高速柴油机燃烧放热规律的建模与仿真

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超高压电站锅炉的燃烧过程建模与仿真

超高压电站锅炉的燃烧过程建模与仿真

超高压电站锅炉的燃烧过程建模与仿真超高压电站锅炉作为发电厂的核心设备,其燃烧过程对于电站的运行和发电质量至关重要。

因此,建立准确可靠的燃烧过程建模与仿真模型对于优化锅炉的工作效率和降低排放具有重要意义。

一、燃烧过程的模型1. 燃烧特性研究燃烧特性是燃烧过程的基础,研究燃料在不同氧浓度、温度和压力条件下的燃烧特性,对于燃烧过程建模具有重要意义。

可以通过实验和理论模型相结合的方法,建立燃烧特性的数学模型,包括燃料的化学反应速率和燃烧生成物的生成速率等。

2. 流场特性研究在超高压电站锅炉中,燃料和空气的混合程度和流动情况对燃烧过程和燃烧效率有着重要影响。

因此,研究锅炉内的流场特性对于燃烧过程建模和优化具有重要作用。

可以通过数值模拟方法,建立流场特性的数学模型,包括速度场、压力场和温度场等。

3. 热传递特性研究热传递是电站锅炉中燃烧过程的重要特性之一,研究燃料与锅炉壁面之间的热传递情况对于锅炉的烟气温度和锅炉效率有重要影响。

通过数值模拟方法,建立热传递特性的数学模型,包括热辐射传热、对流传热和传导传热等。

4. 燃烧控制特性研究燃烧控制是燃烧过程中重要的一环,研究燃烧过程中的燃烧控制特性对于优化电站锅炉的运行和燃烧效果有重要意义。

可以通过数值模拟方法,建立燃烧控制特性的数学模型,包括燃烧稳定性、燃烧效率和燃烧产物的生成等。

二、燃烧过程的仿真1. 基于计算流体力学的仿真计算流体力学(CFD)方法是研究超高压电站锅炉燃烧过程的常用仿真方法之一。

通过建立三维几何模型,使用数值模拟方法求解纳维尔-斯托克斯方程和能量方程等,可以模拟锅炉内的流场、燃烧特性和热传递特性。

CFD仿真可以提供准确的流场参数和燃烧参数,对于锅炉的优化设计和燃烧过程的分析具有重要意义。

2. 基于物理模型的仿真除了CFD方法外,还可以采用基于物理模型的仿真方法对超高压电站锅炉的燃烧过程进行仿真。

物理模型可以通过对锅炉结构和燃烧过程的物理规律建立数学方程,求解这些方程可以得到锅炉的运行状态和燃烧效果。

基于AVL-Fire的柴油机缸内燃烧仿真模拟

基于AVL-Fire的柴油机缸内燃烧仿真模拟

基于AVL-Fire的柴油机缸内燃烧仿真模拟1、气缸内网格划分与计算模型选取1.1 三维模型的建立及网格划分根据某柴油机的实际形状,以Fire软件中的ESE Diesel模块为平台,适当简化建立燃烧室的二维平面模型,由于活塞是对称形状,燃烧室的一半:使用Fire软件ESE Diesel模块生成网格,网格质量较高。

ESE Diesel模块会根据需要对燃烧室部分区域网格进行细化,以达到较好的计算效果,三维立体动网格由平面网格旋转得到,所选柴油机是四孔喷油器,为了简化计算模型,取整个燃烧室的1/4为计算域,网格数为31324 个。

1.2 计算模型的选取计算模型的选取对于计算结果具有重要的影响,本文湍流模型选择的是K-Zeta-F双方程湍流模型,燃烧模型选择Coher-ent Flame Model,喷雾破碎模型采用WAVE离散模型,碰壁模型选择Walljet1,喷油提前角为20,喷油持续角为15,以压缩上止点为720,计算曲轴转角范围为540~800。

2、计算结果及分析分别选取714和720曲轴转角的云图,分析其速度场、温度场和压力场。

2.1 速度场分布714曲轴转角,喷油油束中心区域呈现高速,向外围速度逐渐减弱,喷雾油束及火焰碰到活塞壁面后,向周边扩散,也呈现较高的流速,而处于气缸中心轴线附近区域,流速相对较低;720曲轴转角,燃油喷雾已经结束,气缸内流体流速整体降低,最高速度出现在燃烧室凹坑中心附近的火焰区,随着火焰向周边扩散,速度逐渐降低。

2.2 温度场分布喷油器在700时开始喷油,持续到715,当在714的时候,喷雾火焰在碰壁后向活塞w型凹坑处传播,在活塞凹坑处形成浓混合气,这个区域流体温度最高,在喷雾火焰燃烧经过的区域温度也较高,而在气缸中心轴线附近以及活塞顶平面与气缸盖底部狭缝的边缘处,由于喷雾火焰未能传播到,流体温度逐渐降低;720曲轴转角,活塞到达上止点,随着燃烧的进行,缸内温度进一步升高,缸内温度分布呈现了新的变化,其中在活塞凹坑上方,由于火焰碰壁后产生的反射与卷曲,在这一区域出现高温,向四周温度逐渐降低,其中在气缸中心轴线附近以及活塞顶部平面与气缸盖底部狭缝靠近气缸壁边缘处,温度相对较低。

内燃机燃烧过程的数值模拟与建模

内燃机燃烧过程的数值模拟与建模

内燃机燃烧过程的数值模拟与建模一、引言内燃机是一种将化学能转化为机械能的热力机械设备,其燃烧过程是内燃机工作的关键环节。

为了深入研究和改进内燃机的燃烧过程,数值模拟与建模成为一种重要的手段。

本文将介绍内燃机燃烧过程的数值模拟与建模的原理和方法。

二、内燃机燃烧过程的基本原理内燃机的燃烧过程可以简化为一个化学反应过程,即燃料和空气混合后在火花塞的作用下发生燃烧,产生高温高压气体驱动活塞运动。

而这个燃烧过程的性能直接影响内燃机的运行效率和排放性能。

因此,准确地模拟和建模内燃机的燃烧过程对于优化燃烧系统和改善内燃机性能至关重要。

三、内燃机燃烧过程的数值模拟方法1. 基于直接数值模拟(DNS)的方法:基于DNS的方法是一种将Navier-Stokes方程组作为基础方程,以最小尺度来模拟燃烧过程的方法。

这种方法的优点是能够提供详细的物理信息,但其计算量非常大,限制了其在实际工程中的应用。

2. 基于雷诺平均N-S方程(RANS)的方法:基于RANS的方法是一种将雷诺平均N-S方程作为基础方程,以平均尺度来模拟燃烧过程的方法。

这种方法的计算量相对较小,可以用于工程实践,但无法描述湍流细节。

3. 基于大涡模拟(LES)的方法:基于LES的方法是一种结合了DNS和RANS方法的方法,它通过直接模拟大尺度涡旋和使用模型来描述小尺度涡旋,既能提供一定程度的湍流细节,又减小了计算量。

这种方法在模拟高速流动、非均匀燃烧和湍流燃烧过程方面具有一定优势。

四、内燃机燃烧过程的数值建模方法1. 基于化学动力学模型的方法:基于化学动力学模型的方法是一种将燃烧过程建模为一组化学反应方程组的方法。

这种方法通过实验数据和化学动力学理论来构建和求解燃烧方程组,可以用于燃烧过程的网络分析和参数优化。

2. 基于喷雾模型的方法:基于喷雾模型的方法是一种模拟喷雾燃烧过程的方法,它将喷雾的运动和燃烧过程的相互作用建模为一组微分方程。

这种方法可以用于模拟喷雾燃烧的细节,对于燃油直喷和混合喷射等现代燃烧系统的研究具有重要意义。

应急柴油发电机组的建模与瞬态仿真

应急柴油发电机组的建模与瞬态仿真

应急柴油发电机组的建模与瞬态仿真【摘要】本文建立了某柴油发电机组柴油机的瞬态仿真模型,在Matlab/Simulink仿真平台编制了仿真计算程序,根据核电站反应堆安全停堆的负荷特性,进行了柴油机突加负载瞬态仿真计算,预测了柴油机的转速、喷油量、进气压力以及齿条位置等参数的变化。

将计算结果与国外某公司的计算结果进行了对比分析,验证了所建立仿真模型的准确性及实用性。

【关键词】柴油机;发电机组;瞬态;建模;仿真引言核电站遇到突发事件时,需要迅速启动柴油应急发电机组,对核反应堆进行及时冷却停堆,以避免重大事故的发生,这对柴油机的加载过程中的负载变化响应提出了严格的要求。

在机组设计时,必须根据反应堆安全停堆负荷特性对机组的启动及瞬态加载能力进行模拟。

本文建立了某柴油发电机组柴油机的瞬态仿真模型,在Matlab/Simulink仿真平台编制了仿真计算程序,根据某核电站反应堆安全停堆的运行特性,进行了柴油机加载过程的仿真模拟研究。

1 柴油机仿真的数学模型1.1 柴油机气缸内的基本方程假定气缸内的工质在任意时刻都是混合均匀的,各处的压力、温度和成分都相同,则可用压力、温度及质量三个基本参数表示缸内气体的状态,即能量守恒方程、质量守恒方程及状态方程,联立求解可得到气缸内温度Tz对曲轴转角的变化率:式中Vz为气缸工作容积,Qf为燃料燃烧的放热量,Qw为通过气缸壁的传热量,ms,mz为流入流出气缸的工质质量。

1.2 燃油燃烧放热规律本文所计算的是中高速柴油机,故选用双韦伯函数代用燃烧放热规律:双韦伯函数把预混合燃烧与扩散燃烧分开考虑,dx1/d代表预混合燃烧,dx2/d代表扩散燃烧,两种燃烧的持续期分别为zp与zd,τ=zp/2代表预混合燃烧领先角,Qp代表预混合燃烧的燃料分数,Qd代表扩散燃烧的燃料分数,Qp+Qd=1。

1.3 燃烧室周壁的热传导工质与气缸盖底面、活塞顶面和气缸套的表面等燃烧室诸壁面进行换热。

根据工质对燃烧室周壁的瞬时平均换热系数αw和壁面的平均温度Tw,按传热学中的牛顿公式,计算燃烧室周壁传热率:式中,n为柴油机转速;w为瞬时平均传热系数,采用Woschni公式计算;Ai为换热面积;Tz为气缸内工质瞬时温度;Tw为壁面的平均温度;i为1、2、3分别指气缸盖、活塞和气缸套。

柴油机热平衡数值仿真与试验研究的开题报告

柴油机热平衡数值仿真与试验研究的开题报告

柴油机热平衡数值仿真与试验研究的开题报告
1.研究背景和意义
柴油机是一种重要的内燃机,应用广泛。

然而,其燃烧过程存在很多不确定因素,使得柴油机效率低下,污染排放高。

为了提高柴油机效率,降低污染排放,热平衡数值仿真技术成为了解决该问题的一种有效方法。

通过热平衡数值仿真,可以研究柴油机各个部件之间的热传递和能量
转化情况,进而优化其结构和工况参数。

同时,热平衡数值仿真还可以用于预测柴油
机的性能和寿命,提高柴油机的可靠性和安全性。

因此,对柴油机热平衡数值仿真技术的研究和应用具有重要意义。

2.研究内容和方法
本文主要研究柴油机热平衡数值仿真和试验研究,并结合实际应用情况开展相关研究。

具体研究内容包括:
(1)建立柴油机的热平衡数值仿真模型,深入分析柴油机各个部件之间的热传
递和能量转化情况。

(2)设计柴油机试验台并开展试验。

利用试验所得数据验证数值仿真模型的准
确性和可靠性。

(3)通过对热平衡数值仿真模型和试验数据的深入分析,确定优化柴油机结构
和工况参数的方向和途径,提高柴油机效率和降低污染排放。

本文采用数值仿真和试验相结合的方法进行研究和分析。

3.预期研究结果和意义
本文预期通过研究柴油机热平衡数值仿真和试验,得出柴油机各个部件之间的热传递和能量转化情况,并确定最优化的结构和工况参数,提高柴油机的效率和降低污
染排放。

同时,本文还将对柴油机试验台的设计和试验方法进行总结和归纳,为柴油机试验研究提供参考和借鉴。

本文的研究成果将对柴油机领域的科学研究和实际应用具有重要的推动和促进作用。

车用柴油发动机建模与仿真

车用柴油发动机建模与仿真

式中,T e_sj为实际生成转矩,
T1为转矩生成惯性时间常数。

2.2.2转速动态建模
根据动力学公式,可建立如下关系:
式中,T load为负载转矩,T fric为空载转矩,D为摩擦系
为发动机转动惯量,n为发动机转速。

2.3面向控制的柴油发动机控制模型
式中,T e_gd为发动机转速,
机油门开度,f为函数关系。

设计了两类具有代表性的实验工况,并与实际发动机的作用结果进行对比,给出仿真模型可信度结论。

3.1转速跟踪实验
实验条件为:初始转速为1000rpm,在2s时刻给定转速阶跃到2000rpm,而后维持4s直到6s时刻,给定转速阶跃为1000rpm,直到10s时刻实验结束,记录得到的实验
结果如图2所示。

由图2可知,在给定转速发生阶跃变化后,实际转速能很快跟踪目标转速的变化。

在给定转速
上升和下降时,柴油发动机仿真模型用时分别为
0.65s和1.55s,接近柴油发动机台架实验的0.61s

踪性能符合仿真模型精度要求。


后维持
直到

实际转速经过短时超调后迅速稳定到目标转速。

[3]
建模[J].
[4]
柴油机,
[5]
油机设计与制造,
图2转速跟踪实验曲线图3负载扰动实验曲线图1柴油发动机动态仿真模型
给定转速
油门开度调节油门开度
限幅
稳态数据模型
惯性延时
环节
实际转矩
负载转矩
空载转矩
调整系数惯性环节
实际转速
eτs
T1s+1
301
πJs+D。

车用高速柴油机燃烧放热特性的共性规律

车用高速柴油机燃烧放热特性的共性规律

车用高速柴油机燃烧放热特性的共性规律夏言;刘敬平;刘旭;付建勤;廖诚【期刊名称】《燃烧科学与技术》【年(卷),期】2015(021)005【摘要】为提高新品柴油机的性能数值模拟仿真精度,在参考样机实测数据不可得的情况下,指导关键边界条件参数的选取并对仿真结果的合理性进行评估,基于先进发动机性能对标技术,对 4 台柴油机稳态工况下的万有特性以及燃烧性能进行了全面的试验与分析.结果表明,柴油机的燃烧放热特性参数(例如燃烧效率、燃烧持续期、燃烧品质指数(韦伯指数)等),与发动机的运行参数(例如转速、负荷、过量空气系数、EGR 率)的变化关系在同一柴油机的不同工况之间、以及不同柴油机之间均有着良好的共性规律,可归纳出简单的关系式,为性能的仿真、优化提供可靠的数据支撑.【总页数】7页(P440-446)【作者】夏言;刘敬平;刘旭;付建勤;廖诚【作者单位】湖南大学先进动力总成技术研究中心,长沙 410082;湖南奔腾动力科技有限公司,长沙 410000;湖南大学先进动力总成技术研究中心,长沙 410082;湖南奔腾动力科技有限公司,长沙 410000;湖南大学先进动力总成技术研究中心,长沙410082;湖南奔腾动力科技有限公司,长沙 410000;湖南大学先进动力总成技术研究中心,长沙 410082;湖南奔腾动力科技有限公司,长沙 410000;湖南大学先进动力总成技术研究中心,长沙 410082;湖南奔腾动力科技有限公司,长沙 410000【正文语种】中文【中图分类】TK427【相关文献】1.车用柴油机燃烧系统优化燃烧放热率计算和燃烧分析研究 [J], 葛贤康;谢惠民2.车用柴油机放热规律与燃烧噪声的关系 [J], 田维;曾东建;王媛媛3.车用增压柴油机全工况燃烧放热规律分析 [J], 梁辰;崔毅;陶一凯;邓康耀4.高速直喷式柴油机燃烧放热规律的优化 [J], 黄宜谅;王志明5.高速柴油机燃烧放热规律的建模与仿真 [J], 李洁月;秦彦斌;郭稚薇因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

发动机燃烧性能的仿真分析

发动机燃烧性能的仿真分析
Kii a 科 前 l eQnn 技 沿 ja ◆ y
发 动机燃烧 性能 的仿 真分析
薛冰 晶 夏 跃 利
( 北京航 空航 天大学交通 科学及工程学 院, 北京 10 9 ) 0 1 1 摘 要: 主要分析 了过 量空气系数对C NG发动机燃烧 及排放物生成 的影响 , 简要分析 了点火提前角对燃烧 的影响。
1 计 算结 果 与分析
11 点 火提 前 角 的变 化 研 究 .
减 小 。 = .附近 达 到峰 值 。 是 因为 , 在 1 附 近 时 , 然 在A I 2 这 当A . O 虽 混 合 气 浓 度 大 , 烧 速 度 快 , 内压 力 和 温 度 都 很 高 , 是 由 燃 缸 但
于NO 的生 成 与氧 浓 度 有 很 大关 系 ,此 时 由于 氧浓 度 过 低 , 导 致 了燃烧 不 完全 , 从而 抑 制 JNO 的生 成 。 当A 1 N 1 变 化 ' 从 . . o 2 时 ,氧浓 度 逐 渐 变 大 ,缸 内平均 温 度 虽 然 降 低但 是不 是 很 明
12 + 7 0E 0
速 度 变 慢 , 热 率 变 小 , 内 压 力 和燃 烧 温 度 越 来 越 低 , 而 放 缸 从 使 得 N 成量 越 来越 少 。 当A 到 1 左 右 时 , O生 达 . 4 燃烧 温 度 便 降
到2 0 0 0℃ 以下 , 大 于 1 时 , 的生成 量 将 大幅 减 小 。 当A . N 4
稀 , 焰 传 播 速 度 越 来 越 慢 , 燃 期和 主燃 期越 来 越 长 , 烧 火 滞 燃
显, 排气 温 度 稍 微 变 低 。 着 进 一 步 的计 算 发现 , 点 火 提前 随 当
角增 大  ̄ 3 C i 5*A时 , 款 C G发 动机 将 无 法 点 燃 。 t J 这 N
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2018年 第 5期
广 东 化 工
第 45卷 总第 367期
www.gdchem.eom

高速柴 油机燃烧放 热规律 的建模 与仿真
李洁月 ,秦彦斌 ,郭稚薇
(西安 石油 大学 机械 工程 学 院,陕 西 西安 710065)
[摘 要]应 用热 力学 和柴 油机 的燃 烧基 本理 论 ,建立 了 柴油机 燃烧 放热 规律 的数 学模 型 ,并 基于 Matlab/Simulink 平 台建立 仿真 模型 进行 了
拟采 用 该半经 验 公式 ,建立 零 维模 型 ,参考 直喷 式高 速柴 油机 的
通 用 数据 ,选 定 韦伯 公式 中的经 验 系数 , 以此 模 拟 内燃机 的燃 烧
l燃烧放热规律 的模 型建立
1.1基 本假 设
放热 率 。韦伯 公式(又叫 韦伯 函数)的燃 料燃 烧 百分 数 和 的 变 化率 计算 公式 如 下[ 】:
: ,-f∞1
d妒
的 函数形 式 也十分 复 杂 ,它和 燃烧 的物 理 过程 、化 学
过程 以及 发动 机 的结 构参 数和运 行 参数 等许 多 因素有 关 ,很难 用
一 个 比较 精确 的数 学 方程 式来描 述 。研 究直 喷式 柴油 机燃 式来 模拟 发动 机 的燃 烧 放热 规律 。本 文
在进 行 气缸 内的热 力过 程计 算时 , 为简化 问题 ,建立 单 区模
仿 真 ,分 别 以燃烧 品 质因数 以及柴 油机 转速 为 变量 ,得 到 了燃烧 放 热规 律 的仿真 曲线 。通 过 分析仿 真 结果 可知 , 当燃烧 品质 因数 较 小时 .燃烧
过 程 比较粗 暴,所 以燃 烧最 高 温度 出现 的时 间 比较 早 ,反之 燃烧 品 质因 数增 大后 ,燃 烧过 程 柔和 ,燃 烧最 高温 度 出现 的时 间比较 晚 。仿 真结 果
Abstract:Based on the basic theory of therm odynam ics and com bustion of diesel engine.the m athematical m odel of cornbustion heat release of diese1 engine was established.also a sim ulation m odeI is described and sim ulated in the environm ent of M atlab/Sim ulink.The sim ulation curves of the com bustion heat release patterns are obtained by taking the com bustion quality factor and the diesel engine rotational speed as variables The sim ulation results show that w hen the combustion quality factor is small'the combustion process is rough,and the maximum combustion temperature appears earlier,whereas when the combustion quality factor increases.the com bustion process becomes softer and the m axim um com bustion tem perature appears in relatively late tim e The sim ulation results are consistent with the general rules.which show s the validity ofthe sim ulation m ode1.and the feasibility ofthe modular modeling f0r diesel engine sim ulation
与 一般 性 规律 比较 吻合 ,表 明 了仿真 模 型的有 效性 , 以及 用模块 化 建模模 拟 柴油机 仿 真的 可行性 。
【关键 词】柴 油机 :放 热规 律 :建模 ;仿 真
[中 图分类 号]TQ
【文献 标识 码1A
f文 章编 号】1007.1865(2018)O5—0005—02
M odeling and Sim ulation of H eat Release R ate in high Speed Diesel Engine
Li Jieyue,Qin Yanbin,Guo Zhiwei (College of Mechanical Engineering,Xi an Shiyou University,Xi’an 7 1 0065,China)
手段 { 。 在柴 油机 的 工作 过 程仿 真 中 ,不 同类 型 的柴 油机 有 着不 同的燃 烧放 热规 律 , 同一 台柴油 机工 况 不 同时 的燃烧 放 热规 律也
不 同 。故本 文 以直喷式 高速 柴 油机 为研 究对 象 ,使用 Simulink建 立柴 油机 的燃 烧 规律 模型 并进 行 了仿 真分析 。
Keywords:diesel engine: heat release rate: modeling: simulation
柴 油机 的放 热圭见律 是燃 烧速 率随 曲轴 转 角变 化 的规 律 。柴油
机 的 的燃烧 在 气 缸 内十 分狭 小 的空 间 完成 ,且 燃烧 时 间极 短…。 因此 ,对 比其他 燃烧 设 备 ,柴油 机 的燃 烧过 程更 为 复杂 ,测 试 也 更 为困 难 。而研 究放 热 规律 是评 价和 改 进柴 油机 燃烧 过程 的 重要
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