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1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒與排放研究ResearchonCombustionandEmissionCharacteristicsofaNaturalGasEngine學(xué)科專業(yè):動(dòng)力工程研究生:林鈺指導(dǎo)教師:何邦全副教授企業(yè)導(dǎo)師:李天津高級(jí)工程師天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2017年12月萬(wàn)方數(shù)據(jù)萬(wàn)方數(shù)據(jù)摘要天然氣作為一種十分重要的替代燃料,在內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是,車(chē)用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)要滿足最嚴(yán)格的排放法規(guī)。為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境,車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的第六階段排放標(biāo)準(zhǔn)很快會(huì)實(shí)施。與國(guó)五標(biāo)準(zhǔn)相比,國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)的氮氧化物限值降低了約80%。為適應(yīng)不同階段排放法
2、規(guī)的要求,天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)可采用稀燃和理論空燃比混合氣兩大類技術(shù)路線。為此,本文利用模擬和試驗(yàn)方法,研究了燃用稀燃和理論空氣比混合氣天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒和排放特性。本文利用Converge軟件,分別建立了天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)在使用稀燃與理論空燃比混合氣兩種燃燒模式下的模型,并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上,分別模擬了這兩種技術(shù)路線下的燃燒過(guò)程和氮氧化物的生成歷程,探討了這兩種燃燒模式改善天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能的潛力,為天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)提供技術(shù)方案。同時(shí),對(duì)燃用稀燃和理論空燃比混合氣天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性能和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明:點(diǎn)火提前角的增大會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)庀?/p>
3、耗率和排氣溫度同時(shí)降低,但會(huì)導(dǎo)致其氮氧化物(NOX)和未燃碳?xì)?HC)排放量的增加。增大點(diǎn)火提前角使稀薄天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)一氧化碳(CO)排放增加,而它對(duì)使用理論空燃比混合氣的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)CO排放影響較小。過(guò)量空氣系數(shù)是影響稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)排放的重要參數(shù)。增大過(guò)量空氣系數(shù)可以有效地降低它的NOX排放及排氣溫度,但會(huì)增大其HC和CO排放。每一個(gè)工況點(diǎn)都有一個(gè)最低燃?xì)庀穆实淖顑?yōu)過(guò)量空氣系數(shù)。廢氣再循環(huán)(EGR)是影響燃用理論空燃比天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的重要因素。EGR可以有效地降低發(fā)動(dòng)機(jī)的NOX排放及排氣溫度,CO排放略微降低,HC變化不大。此外,米勒循環(huán)由于增加了
4、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒持續(xù)期,也可以有效地降低NOX和HC排放。為了得到最優(yōu)的發(fā)動(dòng)機(jī)排放和燃油經(jīng)濟(jì)性,需要對(duì)點(diǎn)火提前角及過(guò)量空氣系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化配合。根據(jù)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣濃度選取路線的不同,再確定是否選擇米勒循環(huán)或者EGR等手段來(lái)綜合提升發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。關(guān)鍵詞:天然氣,發(fā)動(dòng)機(jī),稀燃,理論空燃比,排放I萬(wàn)方數(shù)據(jù)ABSTRACTNaturalgas,asanimportantalternativefuel,hasbeenwidelyusedininternalcombustionengines.However,naturalgasenginesforvehicl
5、eshouldmeetthestringentemissionstandards.Inordertoprotectecologicalenvironment,theChinaVIemissionstandardsforvehicleengineswillsoonbeimplemented.ComparedwithChinaVemissionstandards,nitrogenoxides(NOX)emissionlimitintheChinaVIemissionstandardswillbereducedbyabout80%.Tomeettheeng
6、ineemissionregulationsindifferentstages,naturalgasenginescanselecttwodifferenttechnologyroutes,i.e.,lean-burnandstoichiometricmixture.Therefore,thecombustionandemissionscharacteristicsofanaturalgasenginewerestudiedonthebasisofsimulationandexperiments.Inthisstudy,themodelsforale
7、anburn/stoichiometricnaturalgasenginewereestablishedandvalidated.Then,thecombustionprocessesinthecylinderandthegenerationofNOXweresimulatedandanalyzedtofindthepotentialfortheimprovementofthenaturalgasengine’sperformancesinthelean-burn/stoichiometricconditionsandpossibletechnica
8、lsolutionsforthedevelopmentofanaturalgasengine.Meanwhi