CNG发动机燃烧过程的CFD模拟计算

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CNG发动机燃烧过程的 CFD模拟计算
张惠明 沈国华
(天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室 天津 300072)
摘 要:应用 AVL - F I RE软件对某 CNG发动机建立工作过程的计算模型 ，并对燃烧过程进行数值模
拟 ，通过改变模型中的过量空气系数和点火提前角等工作参数对该机性能的影响进行分析，从而为发动
机的参数优化匹配提供方向性指导。
关键词: CNG发动机 数值模拟 过量空气系数 点火提前角
中图分类号: TK432 文献标识码: A 文章编号: 1671 - 0630 (2007) 05 - 0009 - 03
CFD Si mul a ti ve Ca lcul a ti on of the Combusti on
Process for a CNG Eng i ne
Zhang Hui m i ng， Shen Guohua
State Key Laborat ory of Engines， Tianjin University (Tianjin 300072)
Abstract: I n this paper， a numerical si mulati on of combusti on p r ocess for a CNG engine is carried out by u2
sing the commercial computati onal fluid dynamics s oft ware AVL - F I RE . The paper analyzes the capability of
the engine by adjusting the coefficient of excess air and s park advance angle， consequently p rovides the guid2
ance t o op ti mize and match the parameters of the engine .
Keywords: CNG engine， Numerical si mulati on， Coefficient of excess air， Spark advance angle
引言
天然气是-种真正的清洁燃料 ，其主要成分为甲
烷 (含量 86%以上 )。与燃用柴油相比 ，甲烷的燃烧几
乎不产生碳烟;与燃用汽油相比 ， CO和 HC等燃烧产
物均有大幅度的下降 ，而且无铅化物生成。研究表明 ，
天然气汽车的排放性能比液化气汽车更优越。天然气
还具有成本较低 ，经济性好的优势 ，与汽油、 柴油相比 ，
单纯燃用 CNG的燃料成本可降低 40%以上。在对传
统的汽油机和柴油机进行适当的改装后 ，汽车就可以
燃用天然气 ，从而可大幅度改善汽车的排放性能。
发动机工作过程的研究方法主要有实验方法和数
值模拟方法。实验方法是理论研究的前提和基础，对
发动机研究起着巨大的推动作用 ，但其研究周期长、 成
本高 ，在发动机工作过程特别是燃烧过程的分析中只
能提供有限的信息。随着计算机技术的飞速发展及其
计算流体力学、 计算传热学、 化学动力学等基础理论研
究的深入 ，建立-种与发动机工作机理和实验结果相
吻合的计算模型成为可能 ，它可以更好地预测发动机
的性能 ，在短时间内进行广泛的变参数研究 ，为开发新
型发动机和旧发动机性能的提高提供指导。
本文主要采用数值模拟方法进行 CNG发动机工
作过程的研究。使用 AVL - F I RE软件对某-涡轮增
压中冷 CNG火花点火发动机进行三维模拟计算 ，旨在
为发动机的设计、 改进提供理论指导。
1 移动网格的建立
本文主要计算燃烧室在气门关闭时间内的工作过
程 ，因此建立的模型包括进气门关闭后的压缩过程、 燃
烧过程和排气门开启前的膨胀过程这-阶段。
作者简介:张惠明 (1942 - ) ，男，教授，博导。主要从事内燃机燃烧过程、 增压技术及排放技术、 清洁代用燃料、 电控技术的研究。