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试述点燃式气体燃料发动机燃烧稳定性模拟

收藏本文 2024-03-24 点赞:19516 浏览:84462 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:摘要:随着全球能源危机的加剧,对代用燃料的探讨关乎我国的能源安全。气体燃料发动机逐渐成为了发动机领域的前沿方向,由于气体燃料与汽油有着差别,容易出现缸内燃烧稳定性不足,由此系统深入地开展气体发动机燃烧特性及其稳定性的基础探讨,对于改善气体燃料发动机的燃料经济性、降低排放和提升动力性能具有十分重要的论述作用和工程实用价值。本论文以气体燃料发动机为探讨对象,采取了在进气历程利用时均策略及在燃烧历程利用大涡策略的RANS/LES组合模型,建立了能较好反应点火历程的点火模型,并采取了可以描述火焰面结构参数的Weller燃烧模型,完成了针对气体燃料发动机的三维仿真模型的建立。在此基础上,为了解决由于采取大涡策略使得计算时间大幅增加的不足,在中科院超级计算机上搭建了并行计算平台,并对区域分解负载平衡算法进行探讨发现,计算子区域过多的情况下会造成通讯的大幅增加,合适的计算子区域数量可以得到较高并行加速比及并行效率。以气体燃料发动机及定容弹为对象,验证了所建模型对进气燃烧历程刻画的准确性。在此基础上,通过数值模拟计算,比较了大涡策略及时均策略对涡团及湍流场的刻画,相比于时均模型,大涡策略可直接求解网格尺度的大尺度涡团的瞬时值,其对涡团的分辨率随网格尺度的减小而增加。浅析了大尺度涡团与火焰结构的相互作用,观察到极限涡团强度,当涡团强度大于极限值时,当地的火焰面褶皱度将被降低,火焰的稳定性提升。通过对马克斯坦长度及湍流应变率的浅析发现,当马克斯坦长度小于0时,火焰前锋面的褶皱度将增大,增大率与当地的湍流应变率有关:当马克斯坦长度大于0时会有相反的效果。浅析了不同点火参数、过量空气系数、转速、进气压力等对燃烧历程及火焰稳定性的影响。本论文受到了国家自然科学基金资助项目“低热值气体燃料发动机燃烧稳定性的基础探讨”的支持,项目编号50676008。关键词:气体燃料发动机论文燃烧稳定性论文并行计算论文涡团运动论文马克斯坦长度论文

    致谢5-6

    中文摘要6-7

    ABSTRACT7-9

    目录9-12

    第一章 绪论12-20

    1.1 探讨背景及作用12-13

    1.2 国内外探讨近况13-19

    1.2.1 国外探讨近况13-16

    1.2.2 国内探讨近况16-19

    1.3 论文主要探讨内容19-20

    第二章 点燃式气体燃料发动机燃烧历程数学模型的建立20-34

    2.1 基本制约方程20-21

    2.2 热力学子模型21-22

    2.3 湍流燃烧子模型22-29

    2.3.1 湍流子模型22-27

    2.3.2 燃烧子模型27-29

    2.4 点火子模型29-32

    2.4.1 火花点火能量的计算浅析30-31

    2.4.2 着火延迟时间的计算浅析31

    2.4.3 初始火核半径的计算浅析31-32

    2.5 本章小结32-34

    第三章 点燃式气体燃料发动机燃烧历程数值计算的实现34-52

    3.1 基于有限容积法的离散化方程的建立34-37

    3.1.1 瞬变项的离散化35

    3.1.2 通量项的离散化35-36

    3.1.3 源项的离散化36

    3.1.4 有限容积法的离散化方程36-37

    3.2 离散化方程组的求解37-43

    3.2.1 求解耦合不足的PISO算法37-38

    3.2.2 松弛算法与收敛判据38-39

    3.2.3 初始条件与边界条件的确定39-43

    3.3 气体燃料发动机几何模型的建立及网格划分43-48

    3.3.1 气体燃料发动机结构浅析43-44

    3.3.2 气体燃料发动机几何模型的建立44-45

    3.3.3 带生成或消减动网格的实现45-48

    3.4 模型的校验48-51

    3.5 本章小结51-52

    第四章 计算程序的并行功能开发52-72

    4.1 并行计算技术特性52-53

    4.2 并行计算案例的确定53-56

    4.2.1 计算程序的并行化可行性浅析53-54

    4.2.2 并行计算程序的流程设计54-56

    4.3 并行程序设计56-66

    4.3.1 并行编程模型56-59

    4.3.2 并行语言59-60

    4.3.3 并行算法60-66

    4.4 计算程序的并行效能浅析66-69

    4.4.1 机群系统结构与特性66-67

    4.4.2 并行加速比浅析67-69

    4.4.3 并行效率的变化规律浅析69

    4.5 本章小结69-72

    第五章 点燃式气体燃料发动机燃烧稳定性模拟浅析72-108

    5.1 大尺度涡团对燃烧稳定性的影响浅析72-84

    5.1.1 大尺度涡团的特性浅析73-78

    5.1.2 大尺度涡团与火焰结构的相互作用浅析78-80

    5.1.3 不同燃烧阶段大尺度涡团对燃烧稳定性的影响80-84

    5.2 工质脉动特性与燃烧稳定性的相关性浅析84-86

    5.2.1 物性参数的脉动特性84-85

    5.2.2 流体动力学参数的脉动特性85-86

    5.3 点燃式气体燃料发动机燃烧稳定性的影响因素探讨86-105

    5.3.1 点火参数对燃烧稳定性的影响86-96

    5.3.2 过量空气系数对燃烧稳定性的影响96-99

    5.3.3 发动机转速对燃烧稳定性的影响99-102

    5.3.4 进气压力对燃烧稳定性的影响102-105

    5.4 本章小结105-108

    第六章 全文总结与展望108-110

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