预混天然气双燃料发动机爆震燃烧特性仿真研究
《大功率甲醇发动机爆震和性能的仿真分析与研究》范文
《大功率甲醇发动机爆震和性能的仿真分析与研究》篇一一、引言随着能源危机的日益严重，寻找可再生、环保的替代能源成为了科研领域的热点。
甲醇作为一种清洁的可再生能源，具有高能量密度和环保优势，因此大功率甲醇发动机的研究具有重要的现实意义。
然而，在实际运行中，甲醇发动机可能会出现爆震问题，这对发动机性能产生重要影响。
因此，对大功率甲醇发动机爆震和性能的仿真分析具有非常重要的意义。
本文通过建立仿真模型，深入探讨了大功率甲醇发动机爆震与性能的关系。
二、仿真模型的建立为对大功率甲醇发动机进行深入研究，本文首先建立了相应的仿真模型。
该模型考虑了甲醇发动机的工作原理、燃料特性、燃烧过程等关键因素。
模型采用多物理场耦合分析，包括流场分析、热场分析、化学反应动力学分析等。
同时，针对爆震现象，模型特别引入了爆震的物理机制和数学描述。
三、爆震现象的仿真分析1. 爆震现象的描述与原因在仿真过程中，我们发现当甲醇发动机在特定工况下运行时，可能会出现爆震现象。
爆震是指燃烧过程中产生的压力波动过大，导致发动机产生异常振动和噪音。
这主要是由于甲醇的燃烧特性与发动机的燃烧室设计、燃料供给系统等不匹配所导致。
2. 爆震对发动机性能的影响仿真分析表明，爆震会对发动机性能产生负面影响。
爆震会导致发动机的动力输出下降，燃油经济性降低，同时还会增加发动机的磨损，降低其使用寿命。
因此，抑制甲醇发动机的爆震问题，对提高发动机性能具有重要意义。
四、大功率甲醇发动机性能的仿真分析1. 甲醇发动机的燃烧特性仿真分析显示，甲醇发动机的燃烧特性对发动机性能具有重要影响。
甲醇的燃烧速度快，能量释放率高，但同时也容易导致燃烧不均匀，从而引发爆震。
因此，优化甲醇的燃烧过程是提高发动机性能的关键。
2. 发动机工作参数对性能的影响仿真分析还发现，发动机的工作参数如转速、负荷、压缩比等对发动机性能具有重要影响。
通过优化这些参数，可以有效提高发动机的动力性、经济性和排放性能。
高静温超声速预混气爆震起爆与发展过程机理研究
高静温超声速预混气爆震起爆与发展过程机理研究本文从化学反应动力学分析出发,通过理论分析、数值计算及实验手段,系统深入地研究了高静温预混超声速气流中爆震的直接起爆与发展过程及初温对其的影响。
采用敏感性分析方法,结合三种反应器所得的实验数据,对几种常用的氢氧详细反应模型进行验证,发现Connaire与Balakrishnam反应模型能在较大的工况范围内得到较合理的结果。
建立了基于敏感性分析和准稳态假设的复杂反应模型简化方法,得到了一组适用于氢氧爆震自适应化学数值模拟的反应模型。
基于爆震简化理论和ZND模型对爆震参数和结构的分析表明:当来流混合物初温升高时,CJ爆震波传播马赫数与压升比明显下降;由于波后温度略升而压升明显下降,因此来流初温对爆震结构的影响关系复杂。
通过分析爆震结构中诱导区长度和放热区组分消耗对反应的敏感性,采用元素跟踪法研究了诱导区与反应区中的关键组分,得到了爆震发展过程中的关键反应和重要组分。
采用自适应化学数值方法分别模拟了二维等直管道中爆震的发展过程和斜爆震的起爆及发展过程。
研究表明:在等直管道内的爆震发展过程中,横波在爆震三波点的演化和发展过程中起重要作用;来流静温升高导致横波和三波点的强度下降,爆震波面发展趋于一维平面波结构,并使得自持爆震发展过程中更容易发生熄灭。
在斜爆震的起爆及发展过程中,来流静温升高导致起爆点前移,三波点附近的爆震波角度变化趋于平缓。
研制了连续式高焓预混超声速加热器,通过对其混合过程的数值模拟和着火延迟分析及实验研究,验证了该加热器既保证了混合均匀又解决了预着火问题。
采用高速纹影技术研究了斜激波诱导燃烧与爆震发展的动态过程,分析了斜激波角度、混合物当量比及其他因素对其的影响与作用机制。
结果表明高静温预混气流中爆震波的平均传播速度比CJ爆震速度低。
起爆过程中,燃烧与流动的相互作用使得斜激波角度略增,导致波后温度和压力略有上升;当波后的气流处于起爆临界状态并出现较大扰动时,由于激波与燃烧的正反馈作用将发生迅速起爆。
混燃天然气—柴油机燃烧与排放优化数值仿真
混燃天然气—柴油机燃烧与排放优化数值仿真随着大气环境污染的日益加剧以及国际海事组织的相关法规的日益严格,控制破坏大气环境气体和温室气体排放的需求日益迫切,寻求降低船用发动机排放的措施成为重中之重。
本文以船用中速增压4190型号柴油机改装成为的混燃天然气-柴油机为研究对象,利用AVL-BOOST软件以及AVL-FIRE软件构建混燃-天然气柴油机的三维缸内高压循环模型,探究不同负荷特性工况点下天然气替代率、EGR掺混比对发动机的燃烧特性、经济特性和排放特性的影响,以及对发动机的喷油时刻、EGR掺混比与天然气掺混比进行参数匹配研究。
首先,运用AUTO-CAD软件画出燃烧室二维外部轮廓线,并将之导入到AVL-FIRE软件中的ESE模块中,划分二维和三维网格,并为天然气-柴油混合燃料选择合适的化学反应机理文件,使之在FIRE软件中的气相反应模块中进行机理文件的耦合。
然后设置了适当的初始条件、边界条件及子模块。
最终通过缸压曲线仿真值与试验值比照验证了模型的准确性,从而建立天然气-柴油机三维缸内燃烧高压循环模型。
其次,选取天然气掺混比、EGR掺混比以及发动机不同负荷工况点三个参数,利用前文所建立的缸内燃烧模型对混燃天然气-柴油机的燃烧特性、排放特性及经济特性进行模拟研究,以求得到发动机在三参数的交互影响下的燃烧、排放与综合油耗的规律。
其中额定工况时,天然气掺混比分别为50%、60%、70%、80%;EGR的掺混比为0%、10%、15%、20%;部分负荷时,天然气掺混比分别为50%、60%、70%,EGR的掺混比为0%、、10%。
将之带入到仿真模型中进行计算,依据额定负荷下的二维结果、三维结果与部分负荷下二维结果的分析得出天然气掺混比、EGR掺混比在不同工况下对发动机缸内压力、温度、放热率、综合油耗率和NO、CO质量分数变化及缸内各物理场的影响规律。
最后,选取天然气掺混比、EGR掺混比以及喷油时刻三参数,基于正交设计方法安排试验仿真计算,应用模糊数学方法对仿真数据进行分析。
315_预混天然气柴油双燃料发动机燃烧过程仿真研究_711_马巍巍
预混天然气/柴油双燃料发动机燃烧过程仿真研究马巍巍（中国船舶重工集团公司第711研究所，上海201108）[摘要]针对大负荷高天然气替代率下天然气/柴油双燃料发动机异常燃烧问题，本文通过使用AVL FIRE软件采用化学动力学计算方法对不同天然气替代率下发动机燃烧过程进行了仿真计算。
仿真发现天然气替代率为90%的的缸内平均压力升高率在 2-3MPa/degCA之间，随着天然气替代率的降低，燃料进入缸内的时间拉长使得压力升高率降低。
本机型只在5°BTDC，90%天然气替代率下有2%左右的末端混合气发生自燃，粗暴燃烧是由滞燃期后燃料的急速能量释放和随后被点燃的天然气火焰传播速度过快导致的。
关键词：天然气替代率; 化学动力学; 燃烧过程;仿真计算主要软件：AVL FIREResearch on Premix Natural Gas /Diesel Dual Fuel EngineCombustion Process SimulationMa WeiweiShanghai Marine Diesel Engine Research Institute, Shanghai 201108, china[Abstract] For the problem of natural gas/diesel dual fuel engine abnormal combustion under high load with large natural gas substitution rate condition ,by using the A VL FIRE and chemical kinetics method to simulate the combustion process under different gas substitution rates. The simulation found that the average pressure rise rate under 90% substitution rate is between2-3MPa/degCA. With the lower rate of natural gas lengthen the time of fuel into the cylinder then the pressure rise rate start to be lower. Only under the condition of 5°BTDC，90% natural gas substitution rate about 2% of the end mixed gas spontaneous combustion. The rude combustion results from the rapidly energy released after the ignition delay and the following rapid spread of flame.Keywords: natural gas substitution rate; chemical kinetics; combustion process; simulation Software: A VL FIRE1. 前言船舶柴油机排放的污染物已经成为内河港口城市的主要污染源同时船舶柴油成本已经占整个船舶运营成本的70%以上，因而环境和经济问题已成为船舶柴油机急需解决的重要问题。
《大功率甲醇发动机爆震和性能的仿真分析与研究》范文
《大功率甲醇发动机爆震和性能的仿真分析与研究》篇一一、引言随着能源危机和环保要求的日益严格，甲醇作为一种可再生且环保的燃料，越来越受到人们的关注。
大功率甲醇发动机作为一种重要的动力源，其爆震现象和性能研究对提升发动机的稳定性和效率具有重大意义。
本文旨在通过仿真分析的方法，对大功率甲醇发动机的爆震现象和性能进行深入研究，以期为实际发动机的设计和优化提供理论依据。
二、甲醇发动机爆震现象的仿真分析1. 爆震现象的描述与影响甲醇发动机的爆震现象是指在燃烧过程中，由于燃料燃烧速度过快，导致缸内压力急剧上升，从而产生强烈的振动和噪音。
爆震现象不仅会影响发动机的性能，还会对发动机的寿命产生负面影响。
2. 仿真模型的建立为了研究甲醇发动机的爆震现象，我们建立了三维仿真模型。
该模型考虑了发动机的燃烧过程、缸内气流运动、燃料喷雾等因素，能够较为准确地模拟发动机的实际工作情况。
3. 仿真结果分析通过仿真分析，我们发现甲醇发动机在高速运转时容易出现爆震现象。
这主要是由于甲醇燃料燃烧速度快，导致缸内压力急剧上升。
此外，缸内气流运动和燃料喷雾的不均匀性也会加剧爆震现象。
三、甲醇发动机性能的仿真研究1. 性能指标的选取为了评估甲醇发动机的性能，我们选取了功率、扭矩、燃油消耗率等指标。
这些指标能够较为全面地反映发动机的性能。
2. 仿真结果及分析仿真结果表明，大功率甲醇发动机在高速运转时具有较高的功率和扭矩输出，但燃油消耗率相对较高。
这主要是由于甲醇燃料的高能量密度和燃烧速度较快所致。
此外，我们还发现通过优化发动机的燃烧过程和缸内气流运动，可以有效提高发动机的性能。
四、爆震对甲醇发动机性能的影响及优化措施1. 爆震对性能的影响爆震现象会导致发动机的功率和扭矩输出下降，同时增加燃油消耗率。
长期运行还会对发动机的寿命产生负面影响。
2. 优化措施为了降低爆震现象对甲醇发动机性能的影响，我们提出了以下优化措施：(1) 优化燃料喷雾系统：通过改进燃料喷雾系统的设计，使燃料在缸内分布更加均匀，从而降低爆震现象的发生。
基于 GT-Power 的天然气发动机爆震分析与研究
基于 GT-Power 的天然气发动机爆震分析与研究马镇镇;刘瑞祥;刘永启;郑斌【摘要】In order to improve the engine combustion status and performance ,the knock phenomenon of turbocharged natural gas engine for power generation was researched .The simulation model of the whole engine was built with GT‐Power software and verified by comparing the simulation data and test data ,then the simulation and calculation of engine performance and knock phenomenon were conducted with theself‐built knock prediction model ,and the numerical results we re finally analyzed . The results show that the possibility of knock increases ,the knock timing advances ,the knock intensity increases ,the specific gas consumption first decreases and then increases with the increase of compression ratio .The specific gas consumption is the minimum when the compression ratio is 13 .With the increase of ignition advance angle ,the knock characteristics keep the same changes as with the compression ratio except the knock intensity .The specific gas consumption is the minimumat the ignition advance angle of - 21° .%为了改善增压天然气发动机的燃烧状况、提高发动机的性能，对某发电用增压天然气发动机爆震现象进行研究。
部分预混燃气热水器燃烧性能的数值模拟和实验研究
部分预混燃气热水器燃烧性能的数值模拟和实验研究随着人们对环境保护的日渐重视,天然气作为一种洁净能源,其开发和利用受到了广泛的关注。
部分预混燃气热水器作为目前燃气热水器的主要形式,对燃气资源的高效利用具有举足轻重的作用。
燃气热水器的效率的提高可以有效节约燃气资源。
燃气热水器燃烧过程中产生的CO和NO_x会对室内外环境造成污染。
因此高效低排放的燃气热水器设计一直是各方关注的焦点。
本文首先根据部分预混燃气热水器的实际尺寸,建立了燃烧器、燃烧室和换热器三个几何模型,建立了燃烧模型,化学反应动力学模型。
利用fluent软件对部分预混燃气热水器进行数值模拟研究。
其次,搭建了部分预混燃气热水器的实验系统,测试了不同水量、不同负荷下部分预混燃气热水器的CO、NO排放和热效率。
实验数据和模拟结果与进行对比,验证了采用数值模拟方法研究部分预混燃气热水器的可靠性。
最后,利用数值模拟研究了一次空气系数、过剩空气系数、大小火孔间距对部分预混燃气热水器CO、NO排放和热效率排放的影响,并且作出了优化改进。
研究结果表明:在过剩空气系数一定的前提下,烟气中NO和CO含量随燃烧器负荷的降低略有减少;在过剩空气系数一定的前提下,一次空气系数在0.5~0.7之间时,烟气中NO含量变化不大,当一次空气系数达到0.8时,烟气中NO含量迅速增大。
在一次空气系数0.6的前提下,烟气中NO含量随着过剩空气系数的增加逐渐降低;烟气中CO含量随着过剩空气系数的增加先快速下降,然后基本不变,在过剩空气系数大于5时,出现小幅回升。
热效率随着过剩空气系数的增加逐渐降低;在一次空气系数、过剩空气系数、燃烧器面积一定时,烟气中NO和CO含量随着大小火孔间距的增加缓慢下降。
对部分预混燃气热水器的设计参数提出了优化,一次空气系数取0.7为最优;过剩空气系数在1.6~2.3之间为较优;大小火孔间距由1.2 mm增加为1.4 mm,CO和NO排放减少。
燃气轮机双燃料燃烧器特性数值模拟及其试验的研究
Thesis Submitted to Shanghai Jiao Tong Universityfor the Degree of Engineering MasterNUMERICAL AND EXPERIMENTAL STUDY ON THE PERFORMANCE OF A GAS TURBINE DUAL-FUELBURNERM.D. Candidate：ZHANG DongfangSupervisor（I）：ZANG ShushengSupervisor（II）：HUANG ZhihuiSpeciality：Power EngineeringSchool of Mechanical EngineeringShanghai Jiaotong UniversityShanghai,P.R.ChinaJune, 2013上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名:根本比务日期:加n年4月I0日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密口，在一一年解密后适用本授权书。
本学位论文属于，不保密囚。
J(请在以上方框内打".J")学位论文作者签名:接协若日期:加;年9月工0日指导教师签名:‘我少气臼期:如j年q月1(/\日燃气轮机双燃料燃烧器特性数值模拟及试验研究摘 要燃烧室是燃气轮机的心脏部件，同压气机、透平一起构成燃气轮机三大核心部件。
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预混天然气双燃料发动机爆震燃烧特性仿真研究预混天然气双燃料发动机在负荷过大、燃烧室内温度过高等情况下,会发生爆震燃烧,而发动机发生爆震不仅会使发动机功率输出降低、油耗增加、尾气排放恶化,同时由于缸内的高温高压作用,爆震甚至会对发动机造成机械破坏,危及安全。
所以研究双燃料发动机的爆震燃烧特性,以及各种因素对爆震的影响,具有理论意义和实际价值。
为研究预混天然气双燃料发动机的爆震燃烧特性,本文以通用公司Z19DTH 发动机为原型,对双燃料发动机的爆震燃烧进行了CFD仿真模拟。
通过CONVERGE 软件,以天然气进气量、引燃柴油量、引燃柴油喷射时刻、燃烧室初始温度和发动机转速为变量,对发动机进行了仿真模拟。
并通过Ensight软件对仿真结果进行后处理,在燃烧室内选取五个监测点,对监测点提取压力随曲轴转角变化曲线,分析监测点压力变化,各参变量对爆震燃烧特性的影响。
经过对仿真结果的后处理和分析得到,天然气进气量越大,发动机爆震强度越大,爆震时间也越长,减少天燃气的进气量可以抑制爆震的发生;引燃柴油量越大,爆震强度越大,爆震时间越长,减小引燃柴油量可以缓解爆震的发生;引燃柴油喷射时刻越早,发动机爆震强度越大,爆震时间越长,为避免爆震的发生,应当避免引燃柴油喷射过早;燃烧室初始温度越高,爆震强度越大,爆震时间越长,降低发动机的进气温度,能够减少爆震的发生;发动机转速增大,爆震强度增大,爆震时间也加长,适当减小发动机的转速,能够在一定程度上缓解发动机的爆震。