基于化学反应动力学的天然气—柴油电控双燃料发动机燃烧模型的研究

【摘要】： 发动机以其方便、高效的能源利用方式在世界原动力机上占据了绝大部分，但是随着能源供应结构的改变以及大气污染的加剧，人们对发动机的研究开始转向廉价、洁净的代用燃料。目前，双燃料发动机特别是天然气—柴油双燃料发动机的研究已经被公认为代用燃料研究的最重要的方向之一。本文在前人研究的基础上对双燃料发动机的应用技术和理论模型进行了较为深入的探讨，为我国双燃料发动机发展方向的合理选择提供科学的依据。本文主要内容如下： 1．试验研究方面，进行了机械控制式双燃料发动机的试验研究、机电混合控制式发动机的试验研究以及双电控控制式发动机的试验研究。得到了双燃料发动机的主要运行参数对动力性能和排放性能的影响，为双燃料发动机控制策略以及后续理论模型的建立和计算提供了试验依据和数值来源。 2．理论方面，提出了基于化学反应的燃烧模型—多组分气相反应系统的化学反应动力学模型，以此进行双燃料发动机的热力学—化学反应动力计算；引燃油燃烧模型，计算引燃油液滴的分布规律和滞燃期，验证引燃油在双燃料发动机燃烧过程中的作用，揭示不同喷油规律对双燃料发动机的影响，确定在不同负荷下的合理引燃油量；爆震模型，揭示爆震与工质能量释放间的关系和影响爆震的各种运转因素，确定合理的爆震依据，减小爆震倾向。排放模型，预测气缸内反应物、生成物和燃烧中间产物的浓度变化信息，分析燃烧过程进行的程度和双燃料发动机的排放特性。本课题还首次建立了湍流火焰传播分形模型，计算双燃料发动机燃烧过程中湍流火焰速度，以评估发动机结构参数和运转参数对燃烧过程的影响。 最后文章结合试验数据和理论模型计算，利用Madab处理数据，对影响双燃料发动机性能的各种参数进行了比较分析和优化，得出了试验机型的最佳的运转参数。结果表明，本文建立的模型可以较好地模拟双燃料发动机的燃烧过程，预测发动机的各项性能参数。