一、天然气发动机缸内喷气系统设计及试验研究（论文文献综述）
王洪悦,董全,颜杰,张钰钦,王朔[1]（2022）在《喷气策略对多点喷射天然气发动机燃烧及排放的影响》文中认为为了提高大缸径船用多点喷射稀薄燃烧天然气发动机在中低负荷下的缸内火焰传播速度及燃烧效率,进而优化发动机燃烧和排放,以喷气策略为切入点,采用台架试验与仿真两种方法,分别研究喷气方向与位置、喷气压力以及喷气时刻对发动机燃烧及排放的影响。结果表明:喷气方向与进气气流垂直可以增强扰动作用,喷气位置距气门远可以增加燃气射流在进气道中行进的距离,进而增加进气混合的均匀性,使浓混合气分布靠近火花塞,燃烧及排放明显改善;喷气压力采用较高的736.63 kPa时可以增加喷射动能,提高缸内湍流强度、进气混合均匀性同时适应缸内大尺度掺混,使燃烧和排放更优;随着喷气时刻的推迟,在点火时,缸内混合气形成明显的分层现象,混合气浓度自上而下逐渐降低,火花塞附近浓混合气利于火核发展,火焰传播速度加快,燃气燃烧效率提高。该文结果为实现大缸径船用天然气发动机高效清洁燃烧提供了理论依据。
郭浩[2]（2021）在《船用双燃料低速机预燃室富燃反应机理及性能优化策略研究》文中认为在当前碳达峰与碳中和的全球去碳能源背景下,低碳燃料和近“零”排放内燃机研究越来越受到人们关注,这对船舶动力装置提出了更高标准和要求。采用船用LNG低压双燃料发动机技术是一种现实可行方案,可以渐进满足船舶行业2030年降低40%碳排放目标,但却存在甲烷逃逸和NOx排放总量较高问题,与发动机近“零”排放目标存在较大差距,这是目前低压双燃料发动机自主化研发和产品升级中的难点。本文针对船用低压双燃料发动机甲烷逃逸和NOx排放问题,从燃烧化学反应动力学角度开展研究,构建适用于低压双燃料发动机的专用燃烧反应机理和仿真模型,研究预燃室回流特性对发动机NOx排放和燃烧特性影响规律,寻求低压双燃料发动机甲烷逃逸和NOx排放控制方法,以期为船用低压双燃料发动机近“零”排放预燃室设计及性能优化提供技术途径。基于此,本文开展如下工作:（1）通过对比WinGD GTD数据和整理相关实验数据,构建了船用低压双燃料发动机工作过程仿真模型及三维仿真模型。利用DRGEPSA方法对正庚烷和天然气详细机理进行简化,针对非扫气预燃室高压、高残余废气燃烧环境,构建了正庚烷富燃-天然气宽当量比燃烧反应机理,对新机理做了滞燃期和层流火焰速度的验证。将新的正庚烷-天然气燃烧反应机理耦合CFD三维仿真模型进行验证,优化后的燃烧化学反应动力学机理能较好地预测低压双燃料发动机内部燃烧及其污染物生成过程。（2）研究了船用低压双燃料发动机气体模式工作特征和预燃室回流发生过程,分析了回流特性对低压双燃料发动机燃烧及排放特性的影响。定义了柴油/天然气双燃料的等效空燃比,并将预燃室最小空燃比λmin作为预燃室回流特性量化的判定参数,给出了不同预燃室回流影响因素的评价。研究表明:预燃室持续高温燃烧反应是产生NOx的主要原因。引燃油燃烧对预燃室温度快速升高贡献很大,是引起预燃室内部NOx较高排放的重要因素。预燃室喷孔直径比和天然气喷阀位置对预燃室回流特性影响较大。预燃室回流与射流之间存在密切联系,回流特性通过改变预燃室工质状态,进而影响预燃室燃烧反应速率和射流强弱。着火时刻预燃室最小空燃比对射流火焰强度影响很大。（3）研究了天然气喷阀位置、天然气喷射角度、预燃室喷孔直径比和天然气喷射正时四种因素对预燃室回流特性及发动机性能影响。研究表明:预燃室回流量随天然气喷阀位置升高而增大。天然气喷阀位置较高时,缸内OH自由基分布面积增大,燃料燃烧过程加快,发动机指示热效率降低且甲烷逃逸量增加。随着天然气喷射角度增加,混合气均匀性逐渐提高。45°喷气方案下的NOx污染物量最低,但燃烧恶化严重。预燃室喷孔直径比ωr增大,预燃室最小空燃比先降低后升高,预燃室压缩温度峰值降低。ωr=2%方案下指示热效率最高,但缸内压力波动增大。天然气喷射正时提前,缸内平均压力峰值和NOx排放增加,发动机指示热效率先升高后降低。（4）利用低压EGR技术控制船用低压双燃料发动机的甲烷逃逸和预燃室NOx排放,并采用EGR中冷技术、引燃油定时调整和燃料重整技术来弥补EGR技术缺点,以确保在控制甲烷逃逸和NOx排放的同时改善发动机燃烧效率。此外,还开展了天然气组分对发动机性能的影响规律研究,给出了从燃料角度提升发动机性能的技术方向。研究表明:初始中冷温度增加,发动机指示热效率先升高后降低,NOx排放量增大。随着EGR率增加,主燃室平均压力峰值和压力升高率降低,燃烧持续期延长。EGR技术可以抑制预混燃烧强度并降低甲烷逃逸量。燃料重整率升高,缸内最高燃烧压力和瞬时放热率峰值同时增加,滞燃期缩短,燃料总放热量增加,燃烧持续期缩短较明显。引燃油喷射正时提前,发动机指示热效率先升高后降低,NOx排放增加。乙烷和丙烷含量增大,主燃室最高燃烧压力和燃烧放热率峰值增加,发动机指示热效率和NOx排放均升高。采用-5°CA-E24-R2%（-5°CA BTDC引燃油正时,24%EGR率和2%燃料重整率）优化方案,发动机指示热效率提升2.7%,甲烷逃逸量降低近24%。本论文通过构建船用低压双燃料发动机专用燃烧反应机理开展三维仿真工作,定量分析回流特性对发动机燃烧和排放性能影响规律,获得了能够提高发动机热效率并降低甲烷逃逸和NOx排放的协同控制策略,得到的研究成果可以为船用低速双燃料发动机预燃室优化设计和整机采用EGR技术优化方案提供了理论基础和工程设计参考。
赵国锋[3]（2020）在《基于模型的柴油微引燃天然气发动机控制及性能优化研究》文中研究指明船舶能效指数和污染物排放是衡量船舶动力系统性能的主要指标,燃用低碳清洁燃料是船舶节能减排的重要手段,天然气因为清洁的燃烧特性成为船舶发动机替代燃料的研究热点,微量柴油引燃天然气发动机（MPII-DFE,Micro Pilot Induced Ignition Dual Fuel Engine）是天然气作为船舶动力的主要应用形式之一。MPII-DFE具有多种燃料模式以及多种燃烧模式且燃烧过程复杂,存在时滞特性、非线性特性并且对过量空气系数的敏感等特点。本文针对微引燃双燃料发动机性能优化和运行控制问题,采用建模仿真和实验研究相结合的研究方法,从MPII-DFE燃烧过程和运行特性的角度,深入分析控制参数对MPII-DFE燃烧过程和性能的影响规律,研究MPII-DFE性能优化方法和运行控制策略并设计开发控制系统,为实现MPII-DFE全工况范围高性能运行控制提供方法和理论支撑。为了探寻MPII-DFE全工况经济性和排放性的优化方法,通过实验研究方法,探索了不同燃烧模式下控制参数对燃烧过程及发动机性能影响,研究了部分预混压燃（PPCI）燃烧模式向高负荷工况拓展的限制条件,并进一步分析限制条件下的发动机运行参数限制。研究高负荷DDF燃烧模式控制参数设置依据。实验结果表明,λ作为PPCI燃烧模式向高负荷拓展的运行参数限制依据。当λ大于1.63时使用PPCI燃烧模式提升混合气燃烧速度,当λ小于1.63时使用柴油双燃料（DDF）加进气节流燃烧模式改善经济性。为了实现MPII-DFE多种燃料模式以及多种燃烧模式协同控制,研究基于扭矩的MPII-DFE管理策略,为了实现扭矩燃料量转化,深入研究MPII-DFE指示热效率建模,采用归类分析和两阶段建模法,分别建立控制参数-燃烧过程特性参数模型和燃烧过程特性参数-指示热效率模型。结果表明控制参数可以分为三类,主喷正时、预喷正时、预喷油量和轨压影响燃烧相位,预喷油量和过量空气系数影响燃烧速度,引燃油量影响燃烧重心。按照控制参数分类,分解指示热效率方程,分别计算每类参数的影响因子并计算热效率模型,指示热效率预测精度94%,基于指示热效率模型实现基于扭矩的MPII-DFE管理。针对MPII-DFE瞬态动力不足和稳态转速波动大的问题,从燃烧过程和发动机系统构成的角度深入分析MPII-DFE运行特性,研究瞬态和稳态扭矩跟踪控制策略。研究结果表明,转速瞬态动力性和稳态转速波动的根本原因在于燃气的扭矩响应延迟特性,通过引燃油喷射补偿策略加速扭矩响应,设计了稳态工况燃烧相位微调以及瞬态工况燃烧相位和燃烧重心补偿控制策略,并进一步基于进气管充排模型设计燃料模式切换过程最小气量策略和引燃油跟随等待策略,优化MPII-DFE转速闭环控制性能。发动机运行控制仿真结果表明,设计的转速闭环控制策略稳态转速波动率由±4r/min减小为±3r/min,突卸负荷瞬态转速偏差由-40r/min变为-29r/min。为了补偿运行环境改变带来的开环过量空气系数控制偏差,设计基于模型的过量空气系数闭环控制策略,研究自适应滑模控制算法改善节气门位置闭环跟踪性能,并通过仿真和实验验证对比分析传统滑模控制算法、自适应滑模控制算法和过零检测滑模控制算法的控制性能,结果表明过零检测滑模控制算法能够提高节气门位置闭环控制响应速度和控制精度,提高过量空气系数控制精度。基于设计的燃烧过程控制策略及运行控制策略,设计开发MPII-DFE控制系统,设计基于CAN总线的船用MPII-DFE分布式控制系统硬件架构和基于开放系统互联参考模型（OSI模型）的软件架构,划分软件层次,并详细设计基础软件。基于设计的控制系统开展实验台架和实船实验验证,通过启动实验、稳态调速性能实验和瞬态调速性能实验、燃料模式切换实验以及排放性经济性测试实验验证开发的控制系统性能。实验结果表明,燃料模式切换瞬态调速率3.73%,稳定时间2s,满足一级精度（GB/T 3475-2008）调速性能指标要求,双燃料模式稳态转速波动率0.33%,瞬态调速率6.6%,调速性能满足二级精度调速性能指标要求。排放测试结果表明,NOX+NMHC排放为5.6395g/k W.h,CO排放为3.9425g/k W.h,满足GB10597-2016规定的船机排气污染物第二阶段排放限值的要求,同时大幅度降低中低负荷燃油消耗率。
王立媛[4]（2020）在《基于非线性动力学理论的稀燃天然气发动机燃烧循环变动特性研究》文中认为稀燃技术是实现船舶天然气发动机高效率和低排放的有效技术路径,但过稀混合气不完全燃烧或失火导致的循环变动,成为制约发动机稀燃边界扩展和性能提升的主要障碍。如果燃烧循环变动被消除,在消耗相同燃料的情况下发动机输出更高的功率,因此对燃烧循环变动特征辨识、预测和控制一直是内燃机领域研究的重点和难点。本文主要利用非线性动力学理论与基于小波模变换最大值多重分形分析方法,对火花点火稀燃天然气发动机燃烧循环波动特性进行了系统的辨识。首先,利用经典统计分析方法与三维CFD仿真,研究了指示平均有效压力（IMEP）时间序列的统计特征和燃烧循环变动产生机理,结果发现:低负荷、稀混合气条件下,IMEP时间序波动及其统计特征对气体喷射正时（GIT）和点火提前角（SAA）变化更为敏感。随着GIT的增加,（?）逐渐下降、偏态（Skewness）而单调增加,并实现从负偏态向正偏态的转换,较高的峰态（Kurtosis）表明燃烧循环变动具有明显的超高斯分布特征。不同的GIT会导致歧管喷射天然气发动机缸内混合气产生不同程度的浓度分层,点火时刻火花塞附近局部混合气浓度过稀是导致循环变动增加的主要原因。SAA取中间值时,IMEP波动幅度较小,（?）的值较大,Skewness和Kurtosis较高,此时发动机做功能力较强。然后,基于非线性动力学理论,利用相空间重构、重现图（RP）计算和重现量化分析（RQA）等方法,对燃烧系统非线性动力学特征等进行了系统的辨识,结果表明:燃烧稳定性及功率输出与燃烧系统吸引子的结构是否具有圆形、倒三角还是分叉结构无关,而取决于燃烧系统吸引子状态点在相空间中分布的疏密程度、位置以及离散点的数量。在此基础上,提出一种基于权重因子渐近优化的重现半径确定方法,分别从对角线和竖直方向对燃烧循环变动的重现特征进行辨识,研究发现:中低负荷下、不同混合气浓度下,随着GIT和SAA增加,燃烧循环变动经历了准周期-混沌-准周期-混沌、混沌-准周期-混沌以及准周期-混沌的转换,而较稳定燃烧导致高的系统复杂性和低层片状态。最后,为了进一步从时域和频域方面实现燃烧系统主要波动特征和多重分形特征,利用小波变换和分形理论,研究了时域频域空间内能量谱结构特征和IMEP时间序列奇异谱,结果表明:对于本文研究的所有负荷、点火和喷气条件下,环循环变动都具有多周期、间歇性波动特征,GIT和SAA的改变会导致WPS中周期带分布和持续时间的频繁变化。利用奇异谱的宽度Δh定量分析了燃烧循环变动的分形特征,结果表明:对于所有研究的情况,燃烧系统都表现出多重分形特征。低负荷下随着GIT的增加,Δh先增加后降低,而中等负荷下Δh先降低后增加;中低负荷下,Δh都是随着SAA的增加而先增加后降低;奇异谱曲线峰值对应的h值都小于0.5,说明燃烧循环变动是反相关过程。总的来说,较低燃烧循环变动导致增加的多重分形复杂性。本文研究结果对于理解稀燃天然气发动机燃烧循环变动复杂的非线性动力学行为、揭示燃烧系统吸引子轨线状态的相关性、模式转换和间歇性波动等特性、以及为进一步实现燃烧预测和闭环控制提供理论支撑和基础研究数据,具有重要的理论和现实意义。
任晓光[5]（2020）在《基于可视化技术的缸内直喷天然气发动机高压燃气射流特性研究》文中研究表明为应对日益严苛的排放法规以及能源结构转型的挑战,天然气被广泛应用为内燃机替代燃料。但当今主流的天然气以及双燃料发动机技术均无法同时满足排放法规规定与高动力经济性需求,故高压天然气缸内直喷技术引起了学界的广泛关注。为了利用高压燃气缸内直喷技术实现缸内分层燃烧从而提升动力与经济性并改善排放,就必须实现喷射正时-点火提前角协同精确控制以及保证缸内优良的燃料分层状态以及燃料分布情况,因此必须全面地掌握高压天然气射流的宏观发展特性与浓度分布特性。但相关仿真研究面临边界条件设定依据与结果对照数据的缺失的问题,目前必须依赖可视化测试技术对高压天然气射流特性进行初步系统地研究。本文搭建了气压高达31MPa的喷气系统,并利用平面激光诱导荧光技术与纹影法对高压燃气射流特性展开全面系统的研究,并对微观浓度特性以及宏观发展特性进行结合分析阐述射流发展特点。首先,本文根据试验需求搭建了高压喷气及供给系统、PLIF试验系统及标定系统、纹影法试验系统,选择了基于质量流率的计算标定法作为本试验的PLIF标定方法,并从参数设定、光学设备位置关系、试验操作等多方面确保了系统精度。在高压燃气喷射浓度场发展特性研究中,根据其发展特征创新性地将浓度场发展分为3个时期:初期、浓度波动期、浓度稳定期,并且将发展到稳定期的高压燃气射流浓度场划分为4个区域:核心激波区、浓度膨胀速降区、浓度波动区与低浓度扩散区,随后研究总结了射流体平均浓度、激波核心区平均浓度、浓度波动区平均浓度各自的发展规律与喷气压力对其的影响。分析指出,可压缩流体管路补压延迟对高压燃气射流浓度发展与分布特性影响巨大、其影响效果与喷气压力呈正比,并且由于可压缩流体高压膨胀作用导致射流体与环境气体的作用整体较弱,故掌握补压延迟以及加强空气作用对提升直喷天然气发动机的性能具有重要意义。在针对浓度梯度的研究中指出,在稳定期随着喷气压力的升高,射流体激波核心区浓度梯度由1.53 mg/（m L·mm）升高至1.89 mg/（m L·mm）,膨胀速降区浓度梯度由0.0435mg/（m L·mm）升高至0.0947 mg/（m L·mm）,射流体特征浓度梯度由0.0741 mg/（m L·mm）升高至0.1444 mg/（m L·mm）;在浓度波动区内,其轴向浓度梯度在喷射后0.6 ms之后仍处于波动状态并在喷射后1.0 ms时明显降低,其到达最低值用时与喷气压力呈反比;其横向浓度梯度在喷射后0.6 ms之后呈总体上升趋势,但由于射流体外层扰动导致其与喷气压力无明显关系。以上分析指出,提高喷气压力可以有效增强空气掺混效率,有利于混合气的形成,并且掌握高压喷气浓度梯度分布特性对相关仿真研究以及缸内燃烧控制具有实际价值。在高压燃气喷射宏观特性研究中,分别分析总结了射流体贯穿距离、射流体初始速度推测值、射流发展速度下降率、马赫盘高度的发展规律以及喷气压力对其的影响。之后利用统计学方法,验证了纹影法与PLIF得到的数据具有很好的相似性;通过对比射流体平均浓度发展规律与射流体贯穿距离发展规律,发现射流初期由蓄压腔内喷出的少量高压气体直接影响射流体贯穿距离发展;通过对比马赫盘高度发展数据与激波核心区平均浓度发展数据,发现在激波核心宏观结构稳定后核心区气体仍持续补充直至流入流出气体流量达到动态平衡。上述结论初步揭示了高压燃气射流的浓度场与宏观发展规律及特性,阐述了喷气压力以及各类现象的影响,有助于相关仿真研究以及缸内精确控制工作的进行。
满明龙[6]（2020）在《带有双进气道的天然气发动机燃气分流及其对燃烧影响的研究》文中研究指明日益严重的大气污染和能源危机迫使内燃机领域的学者们去寻求更加清洁的替代能源。天然气由于其丰富的储量和对环境污染很小的化学特性,被认为是理想的替代燃料之一。特别是作为内燃机的燃料,具有很大的优势。由于6K天然气发动机集成度较高,双进气道及进气歧管均集成安装于气缸盖上,所以进气歧管较短,导致燃气大部分会从靠近喷管的进气道进入到气缸中,使气缸内的混合气分布不均匀,混合气分层较差,不利于发动机高效清洁地燃烧,同时导致天然气发动机的动力性、排放较高的问题。为了解决带有双进气道的天然气发动机在进气过程中混合气分布不均匀从而影响了天然气发动机的燃烧性能的问题,本文设计出了3种型号的分叉型燃气喷管和7种双阀独立喷射的喷气方案,并通过三维仿真计算的方法,应用AVL FIRE软件对3种型号的分叉型喷管结构和7种双阀独立喷气的喷气比例在1130r/min、25%负荷和1640r/min、75%负荷下,研究此20种方案对发动机进气和燃烧特性的影响。得到如下规律:对于分叉管结构,在25%负荷下,短支管与长支管的管径都是6mm时分叉管喷出的天然气与空气接触面积较大,所以天然气与空气在气缸内混合更加均匀,火焰传播较快,燃烧性能最好,短管与长管的管径都是4mm时,喷管喷出的天然气与空气接触面积较小,混合均匀性较差,燃烧性能最差,但总体来说在低负荷下三种喷管对燃烧性能影响较小。对于分叉结构,在75%负荷工况下,短管管径为4mm,长管管径为6mm时燃烧性能最好,短支管管径4mm,长支管管径为4mm时燃烧性能最差,随着长支管管径的增加短支管管径的减小,天然气与空气的混合均匀性更好,对发动机的燃烧性能略有提升,但总体上三种结构总体上性能差异不大。对于双喷管结构,在25%负荷工况下,1#和7#喷射分别为弯管独立喷射与直管独立喷射,在进气道内残余的甲烷量较少,直管独立喷射时天然气与空气混合更加充分,所以燃烧速度更快。对比其余5种喷气方案,当弯管喷气比例略大于或者等于直管喷气比例时,气缸内的天然气与空气混合更加均匀,燃烧性能较好,反之混合气在气缸内均匀性较差,从而使燃烧性能较差。在75%负荷下同样是7#喷气方案好于1#喷气方案,当弯管喷射比例在20%～50%时,两个喷管的喷射比例对发动机燃烧性能影响较小,当弯管喷射比例在50%～80%时,随着弯管喷射比例的增加燃烧速度呈现降低趋势。
侯效森[7]（2019）在《缸内油—气高压喷射混合气形成及燃烧特性研究》文中研究指明能源短缺和生态环境恶化是21世纪人类社会面临的两大问题。与传统内燃机相比,普通天然气发动机存在通气效率低,动力不足,冷启动困难,HC排放量高等缺点,因此天然气发动机的推广应用受到限制。而缸内油-气高压直喷技术,可以实现缸内天然气扩散燃烧,保持天然气发动机动力性与经济性,同时可以减少有害排放,因此具有广阔的应用前景。本论文针对油-气高压直喷发动机的形成机理和燃烧特性进行了基础研究,揭示了气缸内混合物形成和点火燃烧的本质,丰富的燃烧机理,直接改善油-气高压直喷发动机燃油经济性和减少排放具有重要的理论意义和工程实用价值。本文研究了瞬态气体射流的分区结构及缸内气体射流的特性,对多维流动模型、“气态微粒”喷射模型、现象学与多维混合模型进行了研究与比较,前段半球非稳定涡区和后端准稳定喷流区分别采用现象学模型和多维混合模型进行建模。将建立的引燃柴油喷射模型和天然气喷射模型相结合,组建为油-气缸内高压喷射模型,实现对柴油-天然气喷射压力、喷射定时以及喷射流量等特征参数的综合模拟分析。通过实验研究方法,对定容燃烧弹进行了柴油和天然气高压喷射射流特性的实验研究。采用形态学和图像处理方法研究了气缸内直喷天然气的射流穿透距离,射流锥角和射流量。验证了随时间变化的规律,并验证了已建立的柴油和天然气的喷射模型。本文分析了甲烷与正庚烷燃烧的化学反应机理的组成及主要反应路径。采用主路径分析法和主要组分分析法,提出了一种新的柴油/天然气双燃料简化模型。该模型包含了112个组分和658个基本组分。本文基于多维数值模拟软件KIVA-3V,建立油-气高压直喷发动机流动以及燃烧的三维数值模拟的仿真平台:平台嵌入了Pa SR湍流燃烧模型,考虑了湍流对化学反应的影响,可实现多维模型与详细化学反应动力学模型的耦合;引入NSGA-II,对发动机的三个喷射参数进行全面系统的优化,协调三个目标之间此消彼长的关系。基于开发的油-气高压直喷发动机缸内燃烧多维模拟计算平台,对发动机的混合气形成以及缸内燃烧特性开展了仿真计算研究,主要计算结论如下:天然气缸内高压直喷可使缸内速度场显着增大,湍动能增强,湍动能可达15000m2/s2以上,湍流强度和湍动能的增强可以强化缸内燃料的混合过程,从而加快发动机缸内天然气燃料的燃烧速度。发动机气缸内的峰值压力和温度随着天然气替代率的增加而降低,而天然气替代率的高能量保持较高的最终温度。天然气的替代率越高。NO形成率越高,NO形成量越高。油-气高压直喷发动机掺氢后,气体燃料中掺氢比的变化对发动机点火和燃烧过程影响不大。随着氢混合比的增加,天然气的放热提前。利用NSGA-II优化方法,对引燃柴油喷油时间、天然气喷射与柴油喷射的时间间隔、柴油喷嘴孔与天然气喷嘴孔的周向偏角等三个对发动机性能有重要影响的主要喷油参数进行了优化,经过连续多代的逐步进化,协调三个目标之间此消彼长难以协调的关系,三项目标均取得了较为明显的改善,优化参数可同时降低双燃料发动机中的氮氧化物和碳烟。此外,当柴油喷射和气体喷射之间的喷射间隔为1.38℃A时,达到最低ISFC。
黄小凡[8]（2018）在《喷气方向和喷气位置对天然气发动机燃烧特性的影响研究》文中提出能源的大量消耗和环境的严重污染,迫使人们加快了对新能源开发的步伐。天然气作为一种储量较为丰富、燃烧清洁的燃料,很快成为当前多个行业的主要替代能源,这也推动了天然气发动机的快速发展。而天然气发动机的燃烧特性决定着发动机的动力性、经济性和排放性,对其进行深入的研究是非常有必要的。因此,本文利用6K天然气发动机,通过三维CFD仿真技术,在全负荷工况点下,针对其6#缸体不同管径的喷管分别研究了不同喷气方向和喷气位置对发动机进气混合和燃烧特性的影响。在不同管径的燃气喷管下对喷气方向对发动机燃烧特性的影响的研究结果表明:相较于原机喷管,6mm管径的燃气喷管,适当地减小喷气方向与水平方向的夹角有利于在点火时刻时缸内形成较为明显的上浓下稀的混合气浓度分层,从而可以提高缸内燃烧速率,而对于管径为8mm的燃气喷管,适当地增大喷气方向与水平方向的夹角则更加有利于发动机燃烧特性的提高;在不同进气位置下对发动机的燃烧特性进行对比分析发现:进气位置的改变对发动机的进气均匀性有明显影响,随着喷管喷气位置向进气道内延伸,燃气射流与进气道及进气阀壁面的碰撞效果增强,加快了CH4与空气的掺混,提高了进气效率。研究不同管径的喷气方向和喷气位置对发动机燃烧特性的影响程度可以发现,在喷气量一定的前提下,管径的不同主要影响了燃气的喷出速度,这种速度的差异直接导致了进气道内速度场变化的不均匀性,促使了每个工况下混合气分层的不同。其中,6mm管径的喷管在不同的喷射方向和喷气位置下对燃烧结果的影响程度明显大于8mm管径的喷管,相应的优化效果也更加明显,所以在喷管管径设计要求的范围内,适当减小喷管管径,有利于燃气的迅速喷出,缸内的进气的优化效果明显。
楚仕超[9]（2018）在《燃气喷射和燃烧室形状对稀燃天然气发动机燃烧影响研究》文中研究指明能源的大量消耗和环境的严重污染,迫使人们加快了对新能源开发的步伐。天然气作为一种储量丰富、燃烧清洁的燃料,很快成为当前多个行业的主要替代能源,这也推动了天然气发动机的快速发展。而天然气发动机的燃烧特性决定着发动机的动力性、经济性和排放性,因此对其进行深入的研究是非常有必要的。本文利用由2135G柴油机开发而来的多点喷射式天然气发动机,通过试验和三维CFD仿真技术结合的方法,在25%负荷和75%负荷工况点下分别研究了四种不同喷气规律对该发动机稀薄燃烧特性的影响。研究表明,对于较低负荷25%负荷工况时,适当地减小喷气压力和增加喷气持续期有利于发动机动力性和经济性的提高,四个喷气规律中3#喷气规律（3.8bar,13.55ms）在点火时刻时缸内形成较大的上浓下稀的可燃混合气分层梯度,并且其在燃烧过程中缸内产生较广的高火焰面密度区分布,燃料燃烧速率较快,燃烧持续期也最短。而较高负荷75%负荷工况时,适当地增大喷气压力和缩短喷气持续期能够有利于提高燃料利用率和发动机热效率,四个喷气规律中7#喷气规律（7.9bar,12.5ms）点火时刻时缸内点火位置周围形成更加均匀且较浓的可燃混合气分层,减小了由于可燃混合气只分布在火花塞一侧而带来的对火焰传播速率的影响,加快其燃料燃烧速率,有效地缩短了滞燃期和后燃期。本文在原机燃烧室的基础上设计了三种新的燃烧室形状,研究了在25%负荷下不同燃烧室形状对燃烧特性的影响。通过对1#平底型燃烧室、2#低ω型燃烧室和3#高ω型燃烧室进行对比,其中2#低ω型燃烧室内的燃烧效果较好,说明适当提高燃烧室底部凸起高度,有利于增加点火时刻时缸内上浓下稀的燃料浓度分层梯度,能够有效地缩短燃烧持续期,而燃烧室底部凸起过高,能够抑制火焰的快速传播。2#低ω型燃烧室与4#圆底型燃烧室相比,4#燃烧室内的高火焰面密度区较大,火焰传播速度更快,燃烧持续期更短,这说明增加火花塞与对侧燃烧室底部的距离更有利于燃烧的快速进行。
邓瑞[10]（2018）在《基于dSPACE的天然气发动机实时模型搭建与半物理仿真研究》文中研究说明作为一种新型的清洁能源,天然气已经在各个行业被广泛使用,尤其是发动机行业。发动机电控技术的发展不仅能够提高发动机动力性、经济性、可靠性和更能够改善发动机的排放性能。因此,开发具有市场竞争力的发动机电子控制单元成为了当前的主流研究目标。现代控制系统的“V模式”开发是发动机研发重要环节之一,其中针对ECU的硬件在环测试环节,发动机模型的准确性、动态响应特性和实时性是影响控制器控制效果和发动机性能的关键。本文在分析了目前主流天然气发动机控制系统硬件在环仿真的相关技术的基础上,搭建了一套较为完善的硬件在环仿真系统,包括半物理仿真实验台、天然气发动机实时模型、信号处理模块以及半物理仿真实验上位机监控界面。利用Simulink软件采用模块化思想建立的基于硬件在环实时仿真天然气发动机零维分缸容积法模型,在满足精度要求的前提下,提高优化了模型的仿真速度,并根据控制器的控制需求,能够反映出不同工况下天然气发动机的缸内参数变化以及燃烧放热率的变化,使模型能够满足电控系统对不同控制策略的开发。本文针对天然气发动机建模方法进行研究,采用分缸容积法原理利用Simulink软件对天然气发动机进行模型的搭建。在实时模型的模块划分、零维燃烧模型的放热率计算、空燃比的计算等方面进行研究,使模型在满足精度的要求上满足半物理仿真实验的实时性要求。然后利用dSPACE平台对搭建的天然气发动机零维分缸容积法模型进行半物理仿真实验验证,实验结果表明搭建的零维分缸容积法模型能够满足半物理仿真的实时性要求与精度要求,模型能够反映出不同空燃比、点火提前角与喷气不均匀性下发动机的燃烧放热率以及缸内其他参数变化。实验结果与真实发动机实验台架数据吻合较好,说明该模型能够满足半物理仿真实验要求,并且满足发动机在不同控制策略下的发动机性能测试。最后将容积法模型与传统平均值模型进行对比,结果表明本文搭建的零维分缸容积法模型更适合电控系统开发半物理仿真的研究。本课题的研究成果对天然气发动机控制系统研发和控制策略验证具有重要意义。
二、天然气发动机缸内喷气系统设计及试验研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、天然气发动机缸内喷气系统设计及试验研究（论文提纲范文）
（1）喷气策略对多点喷射天然气发动机燃烧及排放的影响（论文提纲范文）
| 1 天然气发动机台架试验 |
| 1.1 发动机试验台架总述 |
| 1.2 试验方案 |
| 1.3 不确定度分析 |
| 2 台架试验结果分析 |
| 2.1 喷气方向与位置对发动机燃烧及排放的影响 |
| 2.2 喷气压力对发动机燃烧及排放的影响 |
| 3 天然气发动机进气、燃烧过程仿真 |
| 3.1 仿真模型的建立 |
| 3.2 模型验证 |
| 4 仿真结果分析 |
| 4.1 喷气时刻对发动机燃烧过程的影响 |
| 4.2 喷气时刻对缸内混合气分布演变历程的影响 |
| 4.3 喷气时刻对缸内火焰传播的影响 |
| 5 结 论 |
（2）船用双燃料低速机预燃室富燃反应机理及性能优化策略研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 船用低速双燃料发动机概述 |
| 1.2.1 船用天然气发动机分类 |
| 1.2.2 船用低速双燃料发动机研究现状 |
| 1.2.3 非扫气预燃室式船用双燃料发动机特征 |
| 1.3 柴油-天然气双燃料燃烧机理研究现状 |
| 1.3.1 柴油燃烧机理研究现状 |
| 1.3.2 柴油-天然气燃烧机理研究现状 |
| 1.4 研究目的及意义 |
| 1.5 论文主要研究内容 |
| 第2章 船用低压双燃料发动机数值仿真方法及模型 |
| 2.1 船用低压双燃料发动机参数及数值仿真方法 |
| 2.2 船用低压双燃料发动机数值模型 |
| 2.2.1 基本控制方程 |
| 2.2.2 湍流模型 |
| 2.2.3 喷雾模型 |
| 2.2.4 燃烧模型 |
| 2.2.5 排放模型 |
| 2.3 船用低压双燃料发动机工作过程仿真模型 |
| 2.4 船用低压双燃料发动机实验数据来源及检测方法 |
| 2.4.1 船用低压双燃料发动机实验条件介绍 |
| 2.4.2 排放测试仪器及检测方法 |
| 2.5 船用低压双燃料发动机三维仿真模型 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 船用低压双燃料发动机燃烧化学反应动力学机理及其验证 |
| 3.1 船用低压双燃料发动机气体模式特征 |
| 3.2 预燃室回流过程及等效空燃比定义 |
| 3.3 基于DRGEPSA的双燃料反应机理简化 |
| 3.4 船用低压双燃料发动机正庚烷富燃反应机理 |
| 3.4.1 正庚烷富燃反应机理简化 |
| 3.4.2 正庚烷富燃反应机理优化 |
| 3.5 正庚烷-天然气燃烧反应机理构建 |
| 3.5.1 天然气反应机理简化 |
| 3.5.2 天然气反应机理优化 |
| 3.5.3 正庚烷-天然气燃烧反应机理合并与验证 |
| 3.6 船用低压双燃料发动机三维仿真模型验证 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 回流特性对船用低压双燃料发动机性能影响研究 |
| 4.1 船用低压双燃料发动机负荷对回流特性影响研究 |
| 4.1.1 不同负荷下低压双燃料发动机预燃室回流特性 |
| 4.1.2 不同负荷下预燃室回流对预燃室NOx排放的影响 |
| 4.2 天然气喷阀位置对低压双燃料发动机的影响 |
| 4.2.1 天然气喷阀位置对缸内流场和回流特性影响 |
| 4.2.2 天然气喷阀位置对低压双燃料发动机性能影响 |
| 4.3 天然气喷射角度对低压双燃料发动机的影响 |
| 4.3.1 天然气喷射角度对缸内流场和回流特性影响 |
| 4.3.2 天然气喷射角度对低压双燃料发动机性能影响 |
| 4.4 预燃室喷孔直径比对低压双燃料发动机的影响 |
| 4.4.1 预燃室喷孔直径比对回流特性和火焰传播的影响 |
| 4.4.2 预燃室喷孔直径比对低压双燃料发动机性能影响 |
| 4.5 天然气喷射正时对低压双燃料发动机性能的影响 |
| 4.5.1 喷气正时对缸内流场和回流特性影响 |
| 4.5.2 喷气正时对低压双燃料发动机性能影响 |
| 4.6 预燃室回流影响因素评价及回流射流影响机制 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 船用低压双燃料发动机甲烷逃逸控制及其综合性能优化研究 |
| 5.1 低压EGR中冷技术对船用低压双燃料发动机性能影响研究 |
| 5.1.1 中冷温度对船用低压双燃料发动机性能影响研究 |
| 5.1.2 低压EGR中冷技术对低压双燃料发动机燃烧特性影响 |
| 5.1.3 低压EGR中冷技术对低压双燃料发动机排放特性影响 |
| 5.2 燃料重整对船用低压双燃料发动机性能影响研究 |
| 5.3 船用低压双燃料发动机综合性能优化策略 |
| 5.3.1 引燃油喷射正时对低压双燃料发动机性能影响规律 |
| 5.3.2 船用低压双燃料发动机综合优化策略研究 |
| 5.3.3 天然气组分对低压双燃料发动机性能提升的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 全文总结 |
| 主要创新点 |
| 工作展望 |
| 参考文献 |
| 附件 |
| 附件 1 主要燃烧化学反应动力学机理 |
| 攻读博士期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
（3）基于模型的柴油微引燃天然气发动机控制及性能优化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 本文所用主要符号和缩写表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 微引燃双燃料发动机排放与经济性能优化研究现状 |
| 1.2.1 充量性质对性能影响研究 |
| 1.2.2 发动机结构对性能影响研究 |
| 1.2.3 燃烧过程对性能影响研究 |
| 1.3 微引燃双燃料发动机运行控制技术研究现状 |
| 1.3.1 控制算法与控制策略研究 |
| 1.3.2 控制系统开发研究现状 |
| 1.4 课题的主要研究内容和意义 |
| 1.4.1 课题的提出 |
| 1.4.2 主要研究内容 |
| 1.4.3 课题来源及成果应用 |
| 第2章 微引燃双燃料发动机燃烧与面向控制的建模 |
| 2.1 微引燃双燃料发动机实验台架组成 |
| 2.1.1 燃油喷射系统 |
| 2.1.2 燃气喷射系统 |
| 2.1.3 进气系统 |
| 2.2 微引燃天然气发动机的着火与燃烧 |
| 2.2.1 微引燃双燃料发动机燃烧过程 |
| 2.2.2 燃烧模式对燃烧过程影响分析 |
| 2.2.3 排放污染物生成 |
| 2.3 面向控制的微引燃双燃料发动机建模 |
| 2.3.1 着火过程建模 |
| 2.3.2 动力输出系统建模 |
| 2.4 主要性能参数计算方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 控制参数对微引燃双燃料发动机燃烧过程及性能影响实验研究 |
| 3.1 实验设计 |
| 3.2 控制参数对燃烧过程及性能影响研究 |
| 3.2.1 主喷正时对燃烧过程及性能的影响 |
| 3.2.2 轨压对燃烧过程及性能的影响 |
| 3.2.3 过量空气系数对燃烧过程及性能的影响 |
| 3.2.4 引燃油量对燃烧过程及性能的影响 |
| 3.2.5 预喷正时对燃烧过程及性能的影响 |
| 3.2.6 预喷油量对燃烧过程及性能的影响 |
| 3.3 控制参数对燃烧过程及性能影响规律总结 |
| 3.3.1 控制参数对燃烧过程影响 |
| 3.3.2 燃烧模式对性能影响规律分析 |
| 3.4 负荷特性分析与燃烧模式边界划分 |
| 3.4.1 燃烧模式对性能的影响负荷特性实验研究 |
| 3.4.2 燃烧模式边界划分 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于模型的船用微引燃双燃料发动机控制策略研究 |
| 4.1 基于扭矩的微引燃双燃料发动机管理 |
| 4.1.1 基于燃料量的发动机管理策略 |
| 4.1.2 基于扭矩的发动机管理策略 |
| 4.1.3 基于神经网络的指示热效率建模 |
| 4.1.4 基于数据MAP的指示热效率建模 |
| 4.2 基于模型的微引燃双燃料发动机闭环控制 |
| 4.2.1 双燃料模式扭矩响应特性分析 |
| 4.2.2 动稳态分离及燃烧过程补偿控制的转速闭环控制算法 |
| 4.2.3 前馈加闭环复合轨压控制策略 |
| 4.3 基于模型的燃料模式管理控制策略设计 |
| 4.3.1 燃料模式的定义与管理 |
| 4.3.2 双燃料模式切换条件管理 |
| 4.3.3 基于模型的燃料模式切换控制策略 |
| 4.4 微引燃双燃料发动机燃烧模式管理 |
| 4.4.1 燃烧模式管理控制策略设计 |
| 4.4.2 燃烧模式转换控制策略 |
| 4.4.3 热负荷控制 |
| 4.5 微引燃双燃料发动机过量空气系数控制 |
| 4.5.1 基于模型的过量空气系数控制 |
| 4.5.2 过量空气系数估计 |
| 4.5.3 基于滑模控制的节气门位置闭环控制 |
| 4.6 控制策略和控制算法的仿真验证 |
| 4.6.1 过量空气系数闭环控制仿真验证 |
| 4.6.2 运行控制策略仿真验证 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 船用微引燃双燃料发动机控制系统设计 |
| 5.1 基于模型的控制系统开发流程 |
| 5.2 控制系统总体需求分析 |
| 5.2.1 控制系统硬件需求分析 |
| 5.2.2 控制系统软件需求分析 |
| 5.3 控制系统硬件架构设计 |
| 5.3.1 控制器硬件设计 |
| 5.3.2 分布式控制系统硬件架构设计 |
| 5.4 基于开放式系统互联参考模型的软件架构设计 |
| 5.5 关键底层软件详细设计 |
| 5.5.1 发动机相位和正时控制 |
| 5.5.2 双核分布计算电磁阀驱动控制 |
| 5.5.3 带死区的正反向分离的节气门位置闭环控制 |
| 5.5.4 燃油喷射模式审核管理 |
| 5.5.5 分时控制加重叠开启式燃气喷射量控制 |
| 5.5.6 应用层监控 |
| 5.5.7 整体控制流程 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 微引燃双燃料发动机控制性能试验研究 |
| 6.1 船用发动机控制性能指标要求 |
| 6.2 控制系统性能试验验证 |
| 6.2.1 基础性能实验验证 |
| 6.2.2 柴油模式实验验证 |
| 6.2.3 双燃料模式实验验证 |
| 6.2.4 控制系统实船示范应用实验验证 |
| 6.2.5 控制性能总结 |
| 6.3 排放性与经济性优化试验验证 |
| 6.4 本章小结 |
| 结论 |
| 本文主要创新点 |
| 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
（4）基于非线性动力学理论的稀燃天然气发动机燃烧循环变动特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 本文所用主要符号和缩写表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 发动机燃烧循环变动国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内发展与现状 |
| 1.3 课题的提出 |
| 1.4 论文研究内容 |
| 第2章 燃烧系统非线性动力学特征辨识理论及方法 |
| 2.1 相空间嵌入理论 |
| 2.1.1 最佳延迟时间 |
| 2.1.2 最小嵌入维 |
| 2.2 重现理论与方法 |
| 2.2.1 重现理论 |
| 2.2.2 重现图与重现量化计算方法 |
| 2.2.3 重现量化分析 |
| 2.2.3.1 主对角线方向的重现测度 |
| 2.2.3.2 垂直线方向的重现测度 |
| 2.3 小波变换理论与方法 |
| 2.3.1 小波变换 |
| 2.3.1.1 连续小波变换 |
| 2.3.1.2 小波基函数 |
| 2.3.2 基于小波技术的分形 |
| 2.3.2.1 单分形 |
| 2.3.2.2 多重分形谱 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 燃烧循环变动试验研究与统计特征分析 |
| 3.1 天然气发动机试验台设计 |
| 3.1.1 进气与燃气喷射系统设计 |
| 3.1.2 燃烧系统设计 |
| 3.1.3 控制系统设计 |
| 3.2 试验仪器设备 |
| 3.3 试验方案设计 |
| 3.4 稀燃天然气发动机燃烧循环变动的统计特征 |
| 3.4.1 GIT对燃烧循环变动特征的影响 |
| 3.4.1.1 GIT对 IMEP时间序列波动特征的影响 |
| 3.4.1.2 GIT对 IMEP平均值的影响 |
| 3.4.1.3 GIT对燃烧循环变动偏态的影响 |
| 3.4.1.4 GIT对燃烧循环变动峰态的影响 |
| 3.4.2 SAA对燃烧循环变动统计特征的影响 |
| 3.4.2.1 SAA对 IMEP时间序列波动特征的影响 |
| 3.4.2.2 SAA对 IMEP平均值的影响 |
| 3.4.2.3 SAA对燃烧循环变动偏态的影响 |
| 3.4.2.4 SAA对燃烧循环变动峰态的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于重现的燃烧循环变动的特征分析 |
| 4.1 动力系统重现特征识别方法 |
| 4.2 典型非线性动力系统重现特征 |
| 4.3 稀燃天然气发动机燃烧系统吸引子结构特征 |
| 4.3.1 GIT对燃烧系统吸引子结构的影响 |
| 4.3.2 SAA对燃烧系统吸引子结构的影响 |
| 4.4 基于重现图的燃烧循环波动非线性动力学特性辨识 |
| 4.4.1 GIT对燃烧波动的重现图结构特性影响 |
| 4.4.1.1 25%负荷下GIT对RP特征的影响 |
| 4.4.1.2 50%负荷下GIT对RP特征的影响 |
| 4.4.2 SAA对燃烧波动的重现图结构特性影响 |
| 4.4.2.1 25%负荷下SAA对RP特征的影响 |
| 4.4.2.2 50%负荷下SAA对RP特征的影响 |
| 4.5 燃烧循环变动非线性动力学重现量化分析 |
| 4.5.1 主对角线方向重现量化分析 |
| 4.5.1.1 对角线方向重现量化测度随GIT的变化 |
| 4.5.1.2 对角线方向重现量化测度随SAA的变化 |
| 4.5.2 竖直方向方向重现量化分析 |
| 4.5.2.1 竖直方向重现量化测度随GIT的变化 |
| 4.5.2.2 竖直方向重现量化测度随SAA的变化 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于小波与多重分形的燃烧循环变动特征分析 |
| 5.1 燃烧循环变动的小波功率谱分析 |
| 5.1.1 GIT对燃烧循环变动小波功率特征的影响 |
| 5.1.1.1 25%负荷下GIT对燃烧循环变动小波功率特征的影响 |
| 5.1.1.2 50%负荷下GIT对燃烧循环变动小波功率特征的影响 |
| 5.1.2 SAA对燃烧循环变动小波功率特征的影响 |
| 5.1.2.1 25%负荷下SAA对燃烧循环变动小波功率特征的影响 |
| 5.1.2.2 50%负荷下SAA对燃烧循环变动小波功率特征的影响 |
| 5.2 典型信号单分形与多重分形特征 |
| 5.3 奇异谱特征参数化分析方法 |
| 5.4 天然气发动机燃烧循环变动多重分形特征分析 |
| 5.4.1 GIT对燃烧循环变动多重分形特征的影响 |
| 5.4.1.1 25%负荷下GIT对燃烧系统多重分形特征的影响 |
| 5.4.1.2 50%负荷下GIT对燃烧系统多重分形特征的影响 |
| 5.4.2 SAA对燃烧循环变动多重分形特征的影响 |
| 5.4.2.1 25%负荷下SAA对燃烧系统多重分形特征的影响 |
| 5.4.2.2 50%负荷下SAA对燃烧系统多重分形特征的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 全文总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（5）基于可视化技术的缸内直喷天然气发动机高压燃气射流特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景 |
| 1.2 天然气发动机分类及优缺点 |
| 1.3 缸内直喷技术优缺点与研究重点 |
| 1.4 缸内直喷技术研究现状 |
| 1.5 先进光学测试技术 |
| 1.5.1 纹影法 |
| 1.5.2 平面激光诱导荧光技术 |
| 1.6 课题的研究意义 |
| 1.7 本文主要研究内容 |
| 第2章 试验系统 |
| 2.1 高压喷气及供给系统 |
| 2.1.1 高压气源系统 |
| 2.1.2 燃气喷射系统 |
| 2.2 PLIF试验系统 |
| 2.2.1 恒温混气系统 |
| 2.2.2 激发光源系统 |
| 2.2.3 图像采集系统 |
| 2.2.4 综合控制系统 |
| 2.3 PLIF标定系统 |
| 2.3.1 定容蒸发试验标定法 |
| 2.3.2 基于喷气质量流量测试的浓度计算标定法 |
| 2.4 纹影法试验系统 |
| 2.4.1 纹影光路系统 |
| 2.4.2 图像采集系统 |
| 2.4.3 综合控制系统 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 高压燃气射流微观浓度特性研究 |
| 3.1 试验参数设定 |
| 3.2 数字图像处理 |
| 3.3 浓度-荧光强度标定 |
| 3.3.1 定容蒸发试验标定法 |
| 3.3.2 浓度计算标定法 |
| 3.3.3 标定准确性验证与误差分析 |
| 3.4 高压喷气射流浓度场发展规律 |
| 3.4.1 高压喷气射流浓度分期发展规律 |
| 3.4.2 超高度欠膨胀射流浓度场特征 |
| 3.5 高压喷气射流浓度场分布特性 |
| 3.5.1 射流体平均浓度对比分析 |
| 3.5.2 激波核心区平均浓度对比分析 |
| 3.5.3 射流体轴线浓度梯度对比分析 |
| 3.5.4 浓度波动区浓度特征对比分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 高压燃气射流宏观发展特性研究 |
| 4.1 试验参数设定 |
| 4.2 射流宏观参数定义 |
| 4.3 数字图像处理 |
| 4.4 高压喷气射流宏观发展特性 |
| 4.4.1 高压喷气射流贯穿距离对比分析 |
| 4.4.2 高压喷气射流发展速度分析 |
| 4.4.3 高压喷气射流激波核心分析 |
| 4.5 高压喷气射流宏观与微观浓度特性结合分析 |
| 4.5.1 纹影法与PLIF数据相似性验证 |
| 4.5.2 贯穿距离与射流体平均浓度发展结合分析 |
| 4.5.3 马赫盘高度结合分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
| 附录 |
（6）带有双进气道的天然气发动机燃气分流及其对燃烧影响的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 天然气燃料简介 |
| 1.3 天然气发动机供气方式的分类 |
| 1.3.1 缸外进气式发动机 |
| 1.3.2 缸内直喷式发动机 |
| 1.4 天然气发动机供气方式对发动机燃烧特性影响的研究现状 |
| 1.4.1 天然气发动机供气方式对发动机燃烧特性影响的国外研究现状 |
| 1.4.2 天然气发动机供气方式对发动机燃烧特性影响的国内研究现状 |
| 1.5 数值模拟技术在发动机领域的应用 |
| 1.5.1 国外数值模拟技术的应用 |
| 1.5.2 国内数值模拟技术的应用 |
| 1.6 本文主要研究内容 |
| 第2章 仿真模型的建立与验证 |
| 2.1 几何模型的建立 |
| 2.2 三维网格的划分 |
| 2.3 计算模型的选择 |
| 2.3.1 湍流模型 |
| 2.3.2 点火和燃烧模型 |
| 2.3.3 排放模型 |
| 2.3.4 计算方法的选择 |
| 2.4 初始条件与边界条件 |
| 2.4.1 初始条件的设置 |
| 2.4.2 边界条件设置 |
| 2.5 仿真模型验证 |
| 2.6 仿真方案的设计 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 分叉型燃气喷管对天然气发动机燃烧性能的影响 |
| 3.1 分叉型燃气喷管设计方案 |
| 3.2 分叉型燃气喷管结构对天然气发动机燃烧特性的影响 |
| 3.2.1 分叉型燃气喷管结构对缸内压力的影响 |
| 3.2.2 分叉型燃气喷管结构对放热率的影响 |
| 3.2.3 分叉型燃气喷管对缸内NO生成的影响 |
| 3.2.4 分叉型燃气喷管结构对CA50位置的影响 |
| 3.3 分叉型燃气喷管结构对天然气分布及燃烧性能的影响 |
| 3.3.1 分叉型燃气喷管结构对速度场的影响 |
| 3.3.2 分叉型燃气喷管结构对点火时刻混合气分布的影响 |
| 3.3.3 分叉型燃气喷管的结构对火焰传播过程的影响 |
| 3.3.4 分叉型燃气喷管的结构对NO生成的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 双管喷射比例对发动机燃烧性能的影响 |
| 4.1 双管设计与布置方案 |
| 4.2 双管喷气比例在不同负荷下对天然气发动机燃烧性能的影响 |
| 4.2.1 双管喷气比例对缸内甲烷质量分数的影响 |
| 4.2.2 双管喷气比例对缸内压力的影响 |
| 4.2.3 双管喷气比例对放热率的影响 |
| 4.2.4 双管喷气比例对CA50的影响 |
| 4.2.5 双管喷气比例对缸内温度的影响 |
| 4.2.6 双管喷气比例对NO生成的影响 |
| 4.3 不同喷气方案对天然气分布与燃烧过程的影响 |
| 4.3.1 不同喷气方案对天然气分布的影响 |
| 4.3.2 不同喷气比例对火焰传播的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 本文研究结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
（7）缸内油—气高压喷射混合气形成及燃烧特性研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 引言 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 柴油喷射国内外研究现状 |
| 1.2.2 天然气高压喷射国内外研究现状 |
| 1.2.3 油-气高压直喷发动机高压喷射国内外研究现状 |
| 1.3 柴油和天然气燃料燃烧化学反应动力学的研究现状 |
| 1.3.1 柴油燃烧详细化学反应动力学研究现状 |
| 1.3.2 甲烷燃烧详细化学反应动力学研究现状 |
| 1.3.3 柴油-天然气双燃烧详细化学反应动力学研究现状 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 2 油-气高压喷射模型的研究 |
| 2.1 柴油喷射子模型的研究 |
| 2.1.1 破碎模型 |
| 2.1.2 蒸发模型 |
| 2.1.3 碰壁模型 |
| 2.2 天然气喷射子模型的研究 |
| 2.2.1 缸内气体射流的分区结构 |
| 2.2.2 缸内气体射流的特征分析 |
| 2.2.3 现象学子模型的建立 |
| 2.2.4 现象学模型与多维流动混合模型的耦合 |
| 2.3 实验系统及喷射模型的验证 |
| 2.3.1 柴油喷射实验台架及测试系统 |
| 2.3.2 天然气喷射试验台架及测试系统 |
| 2.3.3 实验数据分析及处理方法 |
| 2.3.4 油-气高压喷射模型的验证 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 油-气高压直喷发动机湍流与燃烧数学模型的研究 |
| 3.1 柴油-天然气双燃料简化化学反应动力学机理构建 |
| 3.1.1 柴油-天然气双燃料化学反应动力学子模型的建立 |
| 3.1.2 机理简化方法 |
| 3.1.3 甲烷简化机理的构建 |
| 3.1.4 正庚烷简化机理的构建 |
| 3.1.5 柴油/天然气双燃料简化机理的建立及优化 |
| 3.2 柴油/天然气双燃料简化机理的验证 |
| 3.2.1 天然气表征燃料机理的验证 |
| 3.2.2 柴油表征燃料机理的验证 |
| 3.3 油-气高压喷射发动机湍流燃烧模型的研究 |
| 3.3.1 发动机缸内湍流燃烧模型的研究 |
| 3.3.2 基于PaSR模型的湍流燃烧模型的建立 |
| 3.3.3 湍流微混合时间尺度的研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 油-气高压直喷发动机燃烧过程数值模拟仿真平台的研究 |
| 4.1 计算流体力学和化学反应动力学耦合计算平台的建立 |
| 4.1.1 CFD流动计算平台与化学反应计算平台 |
| 4.1.2 耦合接口模块的开发 |
| 4.1.3 耦合软件的设计 |
| 4.1.4 CFD和简化化学反应动力学模型耦合的实现 |
| 4.2 基于NSGA-Ⅱ遗传算法优化模型的研究 |
| 4.2.1 NSGA-Ⅱ优化算法的研究 |
| 4.2.2 NSGA-Ⅱ优化算法与计算流体力学平台耦合的研究 |
| 4.3 发动机三维数值模拟计算的动网格研究 |
| 4.4 初始参数设置及模型验证 |
| 4.4.1 初始参数的设置 |
| 4.4.2 仿真模型的验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 油-气高压直喷发动机混合气形成及燃烧特性的仿真分析 |
| 5.1 油-气高压直喷发动机流场分析研究 |
| 5.2 天然气替代率对油-气高压直喷发动机性能影响分析 |
| 5.3 掺氢对油-气高压直喷发动机性能影响分析 |
| 5.4 基于遗传算法的油-气高压直喷发动机多目标参数优化研究 |
| 5.4.1 油-气高压直喷发动机优化结果研究 |
| 5.4.2 油-气高压直喷发动机污染物形成研究 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 全文总结 |
| 6.1 论文的主要工作及结论 |
| 6.2 本文的主要创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（8）喷气方向和喷气位置对天然气发动机燃烧特性的影响研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 天然气燃料简介 |
| 1.3 天然气发动机供给方式的分类 |
| 1.3.1 缸外进气式发动机 |
| 1.3.2 缸内直喷式发动机 |
| 1.3.3 复合供气式发动机 |
| 1.4 天然气发动机供给方式的研究现状 |
| 1.4.1 关于天然气发动机供给方式国外研究现状 |
| 1.4.2 关于天然气发动机供给方式国内研究现状 |
| 1.5 本文研究意义及内容 |
| 第2章 CFD仿真模型建立及验证 |
| 2.1 三维模型的建立 |
| 2.2 网格的建立及划分 |
| 2.3 CFD计算模型选择和参数设置 |
| 2.3.1 湍流模型 |
| 2.3.2 点火模型和燃烧模型 |
| 2.3.3 排放模型 |
| 2.3.4 数值模拟计算方法 |
| 2.4 初始条件和边界条件设置 |
| 2.4.1 初始条件设置 |
| 2.4.2 边界条件设置 |
| 2.5 仿真模型验证 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 喷气方向对发动机进气混合和燃烧特性的影响 |
| 3.1 仿真方案的确定 |
| 3.2 不同管径的喷管在不同喷气方向下对发动机燃烧特性的影响研究 |
| 3.2.1 天然气喷射方向对缸内压力的影响 |
| 3.2.2 天然气喷射方向对温度的影响 |
| 3.2.3 天然气喷射方向对缸内NO生成的影响 |
| 3.2.4 天然气喷射方向对放热率的影响 |
| 3.2.5 天然气喷射方向对CH_4进气分布及流动的影响 |
| 3.2.6 天然气喷射方向对缸内燃烧过程的影响 |
| 3.2.7 天然气喷射方向对速度场的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 喷气位置对发动机进气混合和燃烧特性的影响 |
| 4.1 仿真方案的确定 |
| 4.2 不同管径的喷管在不同喷气位置下对发动机燃烧特性的影响研究 |
| 4.2.1 喷气位置对缸内压力的影响 |
| 4.2.2 喷气位置对温度的影响 |
| 4.2.3 喷气位置对缸内NO生成的影响 |
| 4.2.4 喷气位置对放热率的影响 |
| 4.2.5 喷气位置对CH_4进气分布及流动的影响 |
| 4.2.6 喷气位置对缸内燃烧过程的影响 |
| 4.2.7 喷气位置对速度场的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 本文研究结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（9）燃气喷射和燃烧室形状对稀燃天然气发动机燃烧影响研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 天然气燃料简介 |
| 1.3 天然气发动机的分类 |
| 1.3.1 点燃式天然气发动机 |
| 1.3.2 压燃式天然气发动机 |
| 1.3.3 双燃料天然气发动机 |
| 1.4 点燃式天然气发动机燃烧特性研究现状 |
| 1.4.1 关于天然气发动机燃烧特性国外的研究现状 |
| 1.4.2 关于天然气发动机燃烧特性国内的研究现状 |
| 1.5 数值模拟技术 |
| 1.5.1 数值模拟技术的发展 |
| 1.5.2 数值模拟技术的应用 |
| 1.6 本文主要研究意义及内容 |
| 第2章 CFD模型建立及验证 |
| 2.1 模型的建立 |
| 2.2 仿真模型网格的建立及划分 |
| 2.3 CFD数值模拟计算模型 |
| 2.3.1 湍流模型 |
| 2.3.2 点火模型和燃烧模型 |
| 2.3.3 排放模型 |
| 2.3.4 数值模拟计算方法 |
| 2.4 初始条件和边界条件设置 |
| 2.4.1 初始条件设置 |
| 2.4.2 边界条件设置 |
| 2.5 仿真模型验证 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 燃气喷射对稀燃天然气发动机燃烧特性的影响 |
| 3.1 25%负荷工况下不同喷气压力和喷气持续期的影响研究 |
| 3.1.1 仿真各项性能指标结果分析 |
| 3.1.2 三维模拟仿真结果分析 |
| 3.2 75%负荷工况下不同喷气压力和喷气持续期的影响研究 |
| 3.2.1 仿真各项性能指标结果分析 |
| 3.2.2 三维模拟仿真结果分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 燃烧室形状对稀燃天然气发动机燃烧特性的影响 |
| 4.1 仿真各项性能指标结果分析 |
| 4.2 三维模拟仿真结果分析 |
| 4.2.1 不同燃烧室形状的速度场 |
| 4.2.2 不同燃烧室形状的湍动能场 |
| 4.2.3 不同燃烧室形状的火焰面密度场和CH4分布场 |
| 4.2.4 不同燃烧室形状的温度场和NO生成场 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
（10）基于dSPACE的天然气发动机实时模型搭建与半物理仿真研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.1.1 能源与环境问题 |
| 1.1.2 排放法规 |
| 1.2 天然气发动机概述 |
| 1.2.1 天然气燃料的性质 |
| 1.2.2 天然气发动机发展 |
| 1.2.3 天然气发动机分类 |
| 1.3 半物理仿真技术国内外研究现状 |
| 1.3.1 半物理仿真技术研究现状 |
| 1.3.2 发动机模型研究现状 |
| 1.4 本文主要研究内容及意义 |
| 第2章 天然气发动机建模方法 |
| 2.1 天然气发动机的计算方法分析 |
| 2.2 数学模型基本原理介绍 |
| 2.2.1 喷气系统数学模型 |
| 2.2.2 缸内系统数学模型 |
| 2.2.3 进排气系统数学模型 |
| 2.2.4 曲柄连杆机构数学模型 |
| 2.2.5 发动机电子调速器数学模型 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 天然气发动机实时模型的搭建 |
| 3.1 整体模块划分及仿真建模分析 |
| 3.2 天然气发动机仿真模型建立 |
| 3.2.1 喷气系统模型建立 |
| 3.2.2 进排气系统模型建立 |
| 3.2.3 气缸系统模型搭建 |
| 3.2.4 曲柄连杆机构模型建立 |
| 3.3 天然气发动机仿真模型实时性优化 |
| 3.3.1 计算形式的优化 |
| 3.3.2 缸内过程模块划分的优化 |
| 3.3.3 MAP图形式计算 |
| 3.3.4 混合编程形式建模 |
| 3.4 天然气发动机燃烧模型的优化 |
| 3.5 节气门流量计算模型优化 |
| 3.6 模型离线实时性检测 |
| 3.7 模型离线精度检测 |
| 3.8 本章小结 |
| 第4章 半物理仿真实验平台搭建 |
| 4.1 dSPACE实时仿真系统 |
| 4.1.1 dSPACE系统介绍 |
| 4.1.2 dSPACE的软件体系 |
| 4.1.3 dSPACE的硬件体系 |
| 4.2 实时仿真监控界面建立 |
| 4.3 发动机半物理仿真实验台 |
| 4.4 发动机基本参数 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 实时仿真模型硬件在环实验验证 |
| 5.1 在线测试环境和内容 |
| 5.2 实时模型与实际ECU的连接 |
| 5.3 位置信号采集与滤波 |
| 5.4 起动停机功能实验验证 |
| 5.5 转速闭环功能实验验证 |
| 5.6 加减载功能实验验证 |
| 5.7 发动机模型燃烧性能实验验证 |
| 5.7.1 不同过量空气系数对发动机模型燃烧性能影响 |
| 5.7.2 喷气不均匀性对发动机模型燃烧性能影响 |
| 5.7.3 不同点火提前角对发动机模型燃烧性能影响 |
| 5.8 容积法模型与平均值模型对比实验 |
| 5.9 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
四、天然气发动机缸内喷气系统设计及试验研究（论文参考文献）
- [1]喷气策略对多点喷射天然气发动机燃烧及排放的影响[J]. 王洪悦,董全,颜杰,张钰钦,王朔. 西安交通大学学报, 2022(02)
- [2]船用双燃料低速机预燃室富燃反应机理及性能优化策略研究[D]. 郭浩. 哈尔滨工程大学, 2021
- [3]基于模型的柴油微引燃天然气发动机控制及性能优化研究[D]. 赵国锋. 哈尔滨工程大学, 2020
- [4]基于非线性动力学理论的稀燃天然气发动机燃烧循环变动特性研究[D]. 王立媛. 哈尔滨工程大学, 2020(04)
- [5]基于可视化技术的缸内直喷天然气发动机高压燃气射流特性研究[D]. 任晓光. 哈尔滨工程大学, 2020(05)
- [6]带有双进气道的天然气发动机燃气分流及其对燃烧影响的研究[D]. 满明龙. 哈尔滨工程大学, 2020(05)
- [7]缸内油—气高压喷射混合气形成及燃烧特性研究[D]. 侯效森. 北京交通大学, 2019(03)
- [8]喷气方向和喷气位置对天然气发动机燃烧特性的影响研究[D]. 黄小凡. 哈尔滨工程大学, 2018(01)
- [9]燃气喷射和燃烧室形状对稀燃天然气发动机燃烧影响研究[D]. 楚仕超. 哈尔滨工程大学, 2018(08)
- [10]基于dSPACE的天然气发动机实时模型搭建与半物理仿真研究[D]. 邓瑞. 哈尔滨工程大学, 2018(08)