天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)三維數(shù)值模擬的綜述報(bào)告

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)三維數(shù)值模擬的綜述報(bào)告引言天然氣作為一種清潔、低碳、經(jīng)濟(jì)的能源，受到了越來越多的關(guān)注。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)作為一種新型的發(fā)動(dòng)機(jī)，具有高效、環(huán)保的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在汽車、船舶、機(jī)車等領(lǐng)域。而研究天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒過程對(duì)提高其熱效率、降低排放、優(yōu)化設(shè)計(jì)等具有重要的意義。因此，本文將對(duì)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒過程的三維數(shù)值模擬進(jìn)行綜述。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程與傳統(tǒng)的汽油、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)有所不同。它采用壓縮點(diǎn)火燃燒技術(shù)，如圖1所示，首先通過燃?xì)膺M(jìn)氣閥將天然氣與空氣混合后進(jìn)入到氣缸中，隨后進(jìn)氣閥關(guān)閉，柱塞向上壓縮混合氣，當(dāng)缸壓達(dá)到一定值時(shí)，點(diǎn)火系統(tǒng)向燃燒室中噴射點(diǎn)火能量點(diǎn)火，使混合氣自燃，然后通過高溫高壓燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。圖1天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程的三維數(shù)值模擬方法數(shù)值模擬是一種重要的工具，通過計(jì)算機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的燃燒過程進(jìn)行模擬分析，可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率、排放、噪聲等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。相較于傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法，數(shù)值模擬具有成本低、效率高、延伸性好的特點(diǎn)，因此在近年來的研究中得到了廣泛應(yīng)用。三維數(shù)值模擬是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒過程的一種細(xì)致模擬方法，它能夠模擬出發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)的物理特性、化學(xué)反應(yīng)過程、溫度、壓力等多種參數(shù)的分布狀況，從而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能進(jìn)行評(píng)估。其模擬過程主要包括以下步驟：1.建立幾何模型。通過軟件對(duì)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行幾何建模，可分為多塊體模型和單塊體模型。多塊體模型通常是將發(fā)動(dòng)機(jī)拆分為若干幾何復(fù)雜度較低的部分進(jìn)行建模，然后再將其拼接在一起；而單塊體模型則是將整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)成一個(gè)完整幾何體進(jìn)行建模。2.網(wǎng)格劃分。將建立好的幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格大小和數(shù)量的選取直接影響到模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率。3.模擬計(jì)算。通過計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）仿真軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬步驟中包括離散相和連續(xù)相的處理，離散相主要針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的燃?xì)忸w粒分布進(jìn)行設(shè)定，而連續(xù)相則是對(duì)物質(zhì)的時(shí)間和空間變化進(jìn)行分析。4.結(jié)果分析。利用模擬計(jì)算得到的結(jié)果，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒特性、流場(chǎng)分布、溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)行分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)。三維數(shù)值模擬的優(yōu)勢(shì)和不足相較于實(shí)驗(yàn)方法，三維數(shù)值模擬有以下優(yōu)勢(shì)：1.僅需建立單個(gè)幾何模型，模擬計(jì)算過程更加簡(jiǎn)便，成本更低。2.模擬過程中計(jì)算出口徑粒子和氣體的分布情況，尤其是燃?xì)饬Ｗ訉?duì)燃燒反應(yīng)的影響，這是實(shí)驗(yàn)方法無法完成的。3.可以通過改變數(shù)值模擬中的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化效果可以評(píng)價(jià)。但是，三維數(shù)值模擬也存在一些不足之處：1.此類模擬需要完整的發(fā)動(dòng)機(jī)幾何體和物理模型，如果物理模型不夠完善，模擬效果將受到極大影響。2.數(shù)值計(jì)算模型只是對(duì)現(xiàn)實(shí)的近似模擬，預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性還需要進(jìn)一步提高。結(jié)論三維數(shù)值模擬在天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程研究中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，并且在今后天然氣發(fā)