低热值气体燃料发动机燃烧过程及火焰稳定性

第1章 研究背景、现状及内容

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容

第2章 气体燃料湍流预混火焰T-M-S方程及其数值算法研究

2．1 湍流预混火焰T-M．S方程的特性分析

2．2 湍流预混火焰T-M．S方程的数值算法研究

2．3 基于T-M-S方程解的火焰不稳定性的研究

2．4 本章小结

第3章 低热值气体燃料发动机点火与湍流燃烧的数学模型研究

3．1 湍流大涡模拟控制方程及亚网格模型的研究

3．2 AKTIM-Euler火花点火模型的研究

3．3 PaSR-LES湍流燃烧模型的研究

3．4 燃烧反应进程变量与火焰面亚网格褶皱度因子的研究

3．5 本章小结

第4章 低热值气体燃料发动机燃烧过程数值模拟仿真平台的研究

4．1 发动机三维数值模拟计算的动网格研究

4．2 发动机湍流燃烧过程数值模拟的程序开发

4．3 计算网格的独立性分析

4．4 湍流燃烧数值模拟的试验验证

4．5 本章小结

第5章 低热值气体燃料发动机湍流燃烧过程及火焰的稳定性研究

5．1 进气与压缩过程缸内湍流拟序结构与涡团运动的研究

5．2 涡团对缸内火焰着火及火焰传播过程的研究

5．3 火焰面结构与发展的影响因素分析

5．4 火焰D-L不稳定性对缸内火焰形态与发展的作用研究

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 本书的主要工作及结论

6．2 本书的主要创新点

6．3 展望

参考文献2100433B

随着日益严峻的能源与环境危机，低热值气体燃料以其清洁性与可持续性给气体发动机的推广应用带来了较大的发展空间。《低热值气体燃料发动机燃烧过程及火焰稳定性》采用多维数值仿真模拟的方法，对低热值气体燃料发动机缸内预混燃烧的涡团与火焰面相互作用及火焰内在D—L不稳定性等进行了模拟研究，主要内容为：气体燃料湍流预混火焰T—M—S方程及其数值算法研究；低热值气体燃料发动机点火与湍流燃烧的数学模型研究；低热值气体燃料发动机燃烧过程数值模拟仿真平台的研究；低热值气体燃料发动机湍流燃烧过程及火焰的稳定性研究。

《低热值气体燃料发动机燃烧过程及火焰稳定性》适合机电相关专业的研究生和科研人员阅读。

本项目采用理论分析、数值模拟和实验研究等方法开展气体燃料缸内预混火焰稳定性的基础研究工作。通过建立气体燃料缸内预混湍流火焰分析模型，分析着火过程点火区域附近的湍流特征参数对初期火焰形成与发展的稳定性影响，研究火焰传播过程中缸内湍流的涡团结构分布对火焰面的作用，开展甲烷及掺混非烃气体成分的混合燃气在缸内预混燃烧的基础研究，通过实验分析获得不同初始条件下的火焰稳定性表征参量和火焰面结构，建立气体燃料预混火焰内在不稳定性分析模型，联合实验和数值计算揭示热膨胀、能量优先扩散、浮力等火焰内在不稳定影响因素以及湍流扰动对气体燃料着火初期火焰形态及结构的内在联系。在此基础上阐明氢组分对变组分气体燃料预混燃烧火焰稳定性的影响规律。本研究对深入认识内燃机缸内火焰燃烧特性和稳定性规律具有重要的学术意义。

本项目采用理论分析、数值模拟和实验研究等方法开展气体燃料缸内预混火焰稳定性的基础研究工作。通过建立气体燃料稳定性的理论分析模型，获得了不同Lewis数、活化温度和膨胀比下的色散关系，得到了临界波数和不稳定性波数随不同初始参数的变化规律，提出了描述气体燃料层流预混火焰不稳定性的修正色散关系表达式。耦合详细化学反应机理和无发射边界条件，建立了低热值气体燃料掺氢平面层流火焰的直接数值模拟模型，通过模拟分析获得了不同稳定性作用下火焰的动力学形态变化及产生机理，研究了燃料中非烃组分和氢组分对火焰面演变形态、组分分布的影响，并研究了流体动力学不稳定性和热-质扩散不稳定性作用下火焰的传播速度与位移速度的变化。开发了高温高压定容燃烧弹测试系统，基于该测试系统开展了不同燃空当量比、初始压力和初始温度、非烃气体组分比例和掺氢比下低热值气体燃料掺氢燃烧时层流燃烧速度和火焰稳定性的试验研究，分析了不同初始条件下火焰的传播特性，不稳定性机理占主导作用时胞状火焰的结构特点，并研究了不稳定火焰的自加速特性。建立了低热值气体燃料掺氢发动机缸内湍流预混火焰分析模型，开展了着火阶段点火区域附近的湍流特征参数对初期火焰形成与发展的稳定性影响，获得了不同发动机转速和点火时刻下缸内全局与点火位置局部流场参数的变动规律，研究了缸内初始火核形成过程中火核半径等参数的变化历程，开展了火焰传播过程中缸内湍流的涡团结构分布特性的研究，阐明了低热值气体燃料掺氢发动机缸内湍流-火焰相互作用的主要机理,并研究了低热值气体掺氢混合燃气的组分分配比对火焰面结构的影响。 2100433B

有时燃料的燃烧热可以被表示成 HHV (高热值)， LHV (低热值)， 或是 GHV (总热值)。

低热值 跟以气态形式被排放出来的水有关，因此那些被用来汽化水的能量不能被视为热。

总热值 跟以气态形式被排放出来的水有关，并包括在燃烧之前存在于燃料中的水。这个值对于像是木材或是煤等燃料来说非常重要，因为这些燃料通常在燃烧之前都包含一定量的水。

高热值 相等于燃烧热，因为反应中焓变化假设化合物在燃烧前后都保持在常温之下，在这种情况燃烧所产生的水为液态水。