摘 要

发动机的工作过程是一个复杂多变，物理与化学反应共同作用的过程。随着化石燃料的急剧短缺和排放法律法规的逐步完善，为了优化双燃料发动机，使用三维流体力学软件AVL FIRE，对双燃料发动机的压缩，燃烧以及膨胀过程进行模拟。FIRE软件可以忽略实验条件的影响，模拟不容易测量的物理量，进一步了解燃烧机理。

根据仿真模拟结果，分析上止点附近的气体流动情况，从理论上研究燃烧室的燃烧过程以及排放物的生成历程，继而得到喷油提前与微喷引燃柴油量对双燃料发动机性能的影响，为柴油机工作过程的参数优化提供有价值的理论指导。

关键词：双燃料，燃烧过程，喷油正时，微喷引燃量

ABSTRACT

The diesel engine combustion is a physical and chemical process that is both complex and changeable . With the shortness of fossil fuel and the developed law,to optimize the diedel/ natural gas dual fuel engines,a simulation of compression,combustion and expansion process for dual fuel diesel engines is conducted by using three dimension fluid dynamics software AVL FIRE. Which is able to simulate the combustion in combustion chamber and get the information in details that is difficult to measure regardless of the operating condition.

According to the reault of the simulation,the mixed gas flow in cylinder is analyzed and caculated near the top dead centre,from which the combustion process in the combustion chamber is illustrated in theory.At the same time,the growing process of exhaust emssions is given in the simulation.Consequently the effect of injection timing and quantity of pilot diesel on the performance could be summarized. It provides the valuable reference to optimize and match the paramaters for im proving the combustion process of the diesel engine．

Key words: dual fuel ;combustion process;injection timing;the quantity of pilot diesel

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 目的和意义 3

1.3 国内外研究现状 4

1.31 国内研究现状 4

1.32 国外研究现状 5

1.4 课题研究内容 7

1.5 技术路线 7

7

第2章 双燃料发动机的介绍 8

2.1 双燃料发动机的定义 8

2.2 双燃料发动机的分类 9

2.21 高压燃气喷射发动机 9

2.22 电火花点火的气体发动机 10

2.23 低压双燃料发动机（DF）分为燃气模式和柴油模式 11

2.3 双燃料发动机的未来趋势 13

2.31 双燃料发动机的发展方向 13

2.32 双燃料发动机的技术难关 13

2.4 研究对象 14

2.5 可能遇到的困难 15

第3章 几何模型建立和网格划分 16

3.1 AVL FIRE软件介绍 16

3.2 建立活塞模型 17

3.3初始条件及边界条件的确立 19

3.4 计算模型及其他参数的选择 22

3.5 模型求解器参数设置 25

3.51 子模块激活 25

3.52 物性的设置 25

3.53 循环油量计算 25

3.54 松弛因子和收敛标准 26

3.6 模型的验证 27

第4章 计算与分析 28

4.1 性能评价指标的计算方法 28

4.2 微喷引燃参数对双燃料发动机性能的影响 30

4.21 微喷引燃柴油量对双燃料发动机性能的影响 30

4.22 喷射正时对双燃料发动机性能的影响 32

第5章 结论 36

致 谢 36

参考文献 37

第1章 绪论

1.1 研究背景

自当年的大不列颠日不落帝国进行工业革命之后，世界进入飞速发展的阶段，人类的噩梦也由此揭开了序幕。蒸汽机出现，随后出现的使内燃机，在出现后的百余年内，又经过长期的改良发展，其使发展应用达到了相当高高的水平。即使是现在，内燃机仍活跃在世界各个角落。近年来，国内外许多知名学者对内燃机的发展应用前景进行了推测。他们普遍认为其在相当长的时间内，化石燃料的主导地位不会动摇，内燃机前景依旧广阔。然而，与此同时，后遗症出现了。当今之时，随着社会的高速发展，在整个世界范围内石油资源严重短缺，化石燃料已经不足以满足社会发展的需求，环境污染的问题也先一步出现，形势严峻不可忽视。世界范围内对环境和常规化石燃料的关注日益增加，这些关注都突显出多样化，以促使世界范围内进行研究能作为内燃机燃料能的可替代能源。柴油机凭借其优良的经济性，动力性，以及可靠性，被广泛地用作汽车，船舶等工程机械的动力。然而，柴油机的排放会对环境造成较大的污染，对无论是环境还是人类本身都会产生很大危害。如果不立刻采取有效的措施解决 ，时不我待，届时柴油机的应用推广将会受到更为严格的条条框框的法律法规的限制 。

图2 发动机排放 图3燃料价格

如图1所示，发动机NOx的排放标准。一方面，就法律法规而言：国际海事组织对柴油机的排放的要求更为严格。在柴油机的诸多排放物之中，CO,NOx伤害我们赖以生存的地球环境。我们不能忘记西方资本主义国家的前车之鉴，也绝不能重复先污染后治理的老路。另一方面，就社会资源来说。作为在汽车和各种工程机械的动力的柴油属于不可再生资源，用一份少一分。自英国工业革命以来，化石燃料的消耗量与日俱增。据不完全统计，自1973年以来，我们共向地球索取了5000亿桶石油，只剩下当时测得量的15%；自那以后，新的油田陆续被发现，石油储量差不多翻倍。据推算，眼前地球上现有石油储量不到1370亿吨，按照现有的消耗速度，全世界年均消耗石油30亿吨，地球上的石油只可供人类开采半个世纪。新的油田陆续被发现，其使用时间可能还会稍微延长。就目前来看，每年的开采量还在缓慢增加。即使够我们这一辈用，下一辈呢，下下一辈呢。由此可见，资源问题，不容忽视。

作为双燃料发动机的主燃料之一，天然气的主要成分使甲烷为，分子小，C/H值高达4，有热值高、抗爆性好以及点火温度高等优势。甲烷的相对分子质量为16，空气的平均相对分子质量为29，因而天然气密度比空气小得多，即使发生泄漏会向上扩散，不易堆积，使用非常安全。相比传统柴油机，天然气在常温下为气态，。在双燃料发动机燃烧室内更容易与空气混合，混合的效果极好，燃烧也更充分，其燃烧产物为CO2和水，清洁环保。因此，相比较传统柴油发动机，柴油/天然气双燃料发动机可以显著降低有毒有害物质的排放。从而降低苯等严重污染物。它还可显著降低污染和温室气体，从源头改善甚至解决环境污染问题。图2为双燃料发动机与常规柴油机的排放对比。除此之外天然气还有着在资源成本环保等方面的优势（图3可见天然气的价格优势）。据统计，全球的天然气储量至少有143立方米，如果按照1991年的2亿立方米的消耗量，还可供使用67年。其潜在资源更是可供使用150年以上。而1991年全世界的原油储藏量只相当于169亿的立方米天然气。天然气汽车发展迅速，我国天然气储量丰富，而且清洁环保，为天然气发动机的发展应用打下了坚实的基础。