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《重庆交通大学》 2011年
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煤层气在汽油机中的燃烧特性仿真研究

刘坤  
【摘要】:煤层气俗称瓦斯,主要成分是甲烷,是一种生成、储存于煤层并吸附于煤颗粒表面的气体,在开采煤炭时,瓦斯是煤矿安全第一杀手,煤矿瓦斯事故是煤矿安全生产的最大威胁之一。煤层气储量丰富,中国埋深2000m以浅煤层气储量达36.81万亿m~3。煤层气和天然气的组份类似,所以广泛的用作油气两用汽车的燃料。 本文依托山西省交通厅科技项目《煤层气代替汽(柴)油在道路交通运输领域的应用研究》的成果:煤层气的全组份分析。利用GT-Power仿真软件建立了一个油气两用发动机仿真模型。在该软件中新增了煤层气燃料库,根据煤层气特殊的理化性质,建立了燃用煤层气的发动机仿真分析平台。利用该平台较为系统的研究了包括燃用不同燃料以及不同压缩比和空燃比对发动机的燃烧、动力性和经济性的影响规律。 研究发现:山西煤层气的主要成分为甲烷,体积含量在98.98%~99.51%,重烃含量很少,,煤层气的马达法辛烷值约为137,理论空燃比约为17.1:1,煤层气的低热值基本上是47 MJ/ kg,单位容积混合气热值为2.6MJ/m3,比汽油低16%,导致动力性有所下降:在不对发动机燃料和喷射系统做改进的情况下,发动机燃用煤层气与燃用汽油时相比缸内最高压力降低8.18%,最高压升率降低18.75%,平均功率下降24.75%,平均扭矩下降24.41%,平均油耗上升12.86%。但是作为燃料,煤层气比天然气优秀。 当压缩比增大到13且空燃比增大到16.5时。发动机性能综合了两者的优点,即:和不改变参数时燃用煤层气相比,缸内最高压力上升45.66%,缸内最高压升率上升53.85%,缸内最高温度上升9.82%,平均功率提升19.21%,平均扭矩提升17.37%,平均油耗降低35.58%。和使用汽油相比:缸内最高压力上升22.74%,缸内最高压升率上升25.00%,缸内最高温度下降0.34%,平均功率下降10.29%,平均扭矩下降11.28%,平均油耗降低27.29%。油气当量比为1.31。 可以说,适当的增加压缩比和空燃比可以有效的回复发动机的性能且降低油耗。由此可见煤层气发动机研究与开发具有广阔的应用前景,而且本文建立的煤层气发动机仿真研究平台对快速开发煤层气发动机具有重要的作用。
【学位授予单位】:重庆交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TK411

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