● 摘要
如何在保持天然气优点的前提下，通过对燃料性质分析和发动机燃烧过程的数值模拟计算来提高CNG发动机性能是目前研究的方法之一。本文利用CFD模拟方法对某CNG发动机进行了流动和燃烧的仿真计算。详细描述了缸内三维流场特性，分析了过量空气系数对CNG发动机燃烧及排放物生成的影响以及燃烧室形状对缸内流动和燃烧的影响。首先建立发动机0°CA～540°CA进气道—气缸—排气道移动网格和180°CA～540°CA三种不同形状燃烧室的动态网格，设定初始条件和边界条件以后开始计算。通过尝试不同的数学、物理模型及数值计算方法验证了模拟结果的正确性。在此基础上，对点燃式CNG发动机燃烧特性进行了深入研究。计算结果表明，CNG发动机采用直进气道时，进气过程中能产生强烈的滚流和局部旋流，从而提高缸内湍能和加快火焰传播速度。发动机采用较小的过量空气系数进行燃烧时，缸内温度偏高，火花塞和活塞的热负荷较严重，且NOx的排放恶化，因此CNG发动机适宜稀燃，且稀燃范围较广。但是如果过量空气系数过大，燃烧容易不稳定。计算还表明，燃烧室形状对缸内流动和燃烧影响显著。缩口型燃烧室的挤流强度大，火焰传播速度快，燃烧完善。但是，缩口型燃烧室的NOx生成量大，废气不易排除。敞口型则与之相反，直口型介于两者之间。