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河北工业大学
硕士学位论文
点燃式甲醇发动机燃烧过程模拟及燃烧室参数优化
姓名:李丽
申请学位级别:硕士
专业:热能工程
指导教师:黎苏;郑清平
2010-12
河北工业大学硕士学位论文
点燃式甲醇发动机燃烧过程模拟及燃烧室参数优化
摘要
在内燃机的多种代用燃料中,甲醇燃料被认为具有很好的发展前景。同时随着计算机
技术的发展,多维数值模拟技术在内燃机工作过程的研究中发挥着越来越重要的作用。通
过多维数值计算,可以获得更多试验中不能得到的信息。
本文应用 AVL FIRE 软件对一台点燃式甲醇发动机进行数值模拟研究,计算从进气门
打开开始,到排气门打开结束。首先,应用三维绘图软件 UG 建立甲醇发动机 CAD 几何
模型,并将其导入 FIRE。在 FIRE 软件中,利用移动网格划分工具生成包括进气道、进气
门及活塞三部分的动态网格,建立数学模型并进行试验验证。然后,对计算结果进行分析,
详细的分析了进气、压缩过程气缸内的速度场、湍动能场的变化和分布,分析了点火燃烧
后燃烧室内火焰传播轮廓、火焰速度场、温度场及 NOx 的分布等。
此外,针对三种不同形状的碗形燃烧室:直口燃烧室、缩口燃烧室、敞口燃烧室,分
别建立数学模型进行计算,详细分析了不同形状燃烧室内气流运动情况和湍流强度的大
小,以及火焰传播速率、瞬时放热率、缸内燃烧压力、压力升高率、缸内温度、NOx 排放
等参数。经综合考虑发动机性能以及结合结构工艺性等,最终确定采用较合理的直口碗形
燃烧室。在直口燃烧室中,将火花塞分别设置在气缸中心、偏离气缸中心即原柴油机喷油
器位置、距离气缸中心较远的位置,模拟研究了火花塞位置对甲醇发动机燃烧过程的影响。
计算结果显示火花塞越靠近气缸中心时,有利于火焰向四周的传播,总燃烧期变短,但考
虑到生产工艺的继承性,仍将火花塞设置在原柴油机喷油器位置。
关键词:甲醇发动机,火花点火,数值模拟,燃烧室形状,火花塞位置
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点燃式甲醇发动机燃烧过程模拟及燃烧室参数优化
Numerical Simulation bustion Process of Spark-Ignition
Methanol Engine and Parameter Optimization
bustion Chamber
ABSTRACT
In a variety of alternative fuels in bustion engine, the application and research of methanol
fuel are widely considered to have a good prospect. At the same time, with the development puter
technology, multi-dimensional numerical simulation is playing an increasingly important role on the research
of work process in bustion engine. Through multi-dimensional numerical simulation, we can get
some more information, which we can’t get in the experiment.
In this paper, the research on numerical simulation of a spark ignition methanol engine was performed
with AVL FIRE software. The calculation started with the intake valve opening and ended with the exhaust
valve opening. Firstly, established the CAD geometry model of methanol engine by three-dimensional drawing
software named UG, and then imported it to FIRE software. In the FIRE software, the moving mesh including
intake port, intake valve and piston were generated by the use of moving mesh generation tool, establi