二甲醚主机掺烧LPG喷雾及燃烧特性的仿真研究

【摘要】：本文通过对内燃机理想工作循环进行理论分析,得出压燃式内燃机实现等压循环时热效率最高,同时运用数值计算的方法对二甲醚(DME)发动机中掺混液化石油气(LPG)燃料的燃烧过程进行了深入研究,揭示了预混合压燃式发动机混合气的形成与着火特点,并分析了喷油参数对实现预混合燃烧过程的影响。综合各方面因素,实现了DME发动机预混合等压燃烧过程,为进一步提高DME发动机效率提供参考。 理论研究发现:受机件强度的限制,压燃式内燃机必须限制其循环最高压力,为得到较高的热效率,需按定压加热循环工作,因此柴油机燃烧模式需遵循预混合近似等压燃烧理论。其燃烧方式要求燃烧放热在上止点附近,并且在着火前尽量将全部燃油喷入缸内,实现预混合燃烧以代替传统的空间雾化燃烧方式的扩散燃烧。 针对某机型进行了几何模型的建立和动态网格的划分及生成,之后对标定工况下掺混不同比例LPG燃料的DME发动机的气相流动过程、喷雾过程和燃烧过程等缸内过程进行了数值仿真研究,比较详细地展示了缸内流场、喷雾发展形态、及其燃烧的压力及放热率变化。研究表明: (1)通过对DME发动机掺烧不同比例LPG后气缸内混合气浓度场、温度场及燃料蒸发率(量)曲线的比较发现,掺混LPG燃料后,燃油雾化程度有所提高,预混合气量增大,分布趋于均匀,缸内温度随LPG量增加而有所下降; (2)通过其燃烧特性参数如着火始点、燃烧持续期、燃烧压力及放热率的计算比较发现:随混合燃料中LPG添加量的增加,其燃烧滞燃期延长,着火始点延后,燃烧持续期缩短。缸内燃烧压力略有升高,燃烧放热时刻和放热率峰值时刻推迟,同时放热率峰值大幅度增加。燃烧放热规律中扩散燃烧部分亦随LPG含量增加而减少; (3)在研究喷油参数对预混合燃烧影响的基础上,通过选择合适的喷油参数,添加高热值的燃料LPG等措施,使燃烧放热规律实现近似等腰三角形燃烧模式,实现了预混合等压燃烧理论。对于提高压燃式发动机的效率具有重要意义。