環(huán)形燃燒室低排放設(shè)計(jì)研究.pdf

1、當(dāng)今世界對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)越來越苛刻，低排放成為燃燒室先進(jìn)性的重要性能指標(biāo)之一，設(shè)計(jì)先進(jìn)低排放燃燒室也變得十分有必要的。對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室排放物 NOx來說，最主要的影響因素包括反應(yīng)區(qū)溫度和過量空氣系數(shù)，對(duì)低排放燃燒室進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，常用的降低NOx手段也是控制這兩方面參數(shù)。但是，傳統(tǒng)的燃燒室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要借助于經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)公式，具有研制周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、可移植性差等缺點(diǎn)。若能夠利用化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)法對(duì)低排放燃燒室的流場(chǎng)組織進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，優(yōu)化燃燒室

2、配氣方案，就可以通過控制燃燒場(chǎng)內(nèi)各反應(yīng)區(qū)域的過量空氣系數(shù)實(shí)現(xiàn)控制反應(yīng)溫度、降低NOx生成的目的。并且對(duì)流場(chǎng)的一維設(shè)計(jì)可以在零維和三維之間提供一個(gè)中間環(huán)節(jié)，對(duì)零維參數(shù)和三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行修正和指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)零維、一維和三維設(shè)計(jì)之間的互相指導(dǎo)和修正，最終通過三維燃燒流場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果的對(duì)比分析確定燃燒室詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行性能分析和優(yōu)化。這種低排放設(shè)計(jì)方法可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)方法中進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)的過程，不僅節(jié)約設(shè)計(jì)成本，還可以縮短設(shè)計(jì)周期。
　

3、　若想使這種零維、一維和三維互相指導(dǎo)和修正的低排放燃燒室設(shè)計(jì)方法能夠高效準(zhǔn)確地完成低排放燃燒室設(shè)計(jì)，還需解決很多問題。如：一維設(shè)計(jì)中怎樣控制反應(yīng)區(qū)過量空氣系數(shù)來實(shí)現(xiàn)降低NOx的目的；一維設(shè)計(jì)得到的配氣、反應(yīng)區(qū)體積等結(jié)果，能否在三維設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)；調(diào)整三維結(jié)構(gòu)以滿足一維設(shè)計(jì)結(jié)果時(shí)，主要影響的零維參數(shù)有哪些；如何能簡(jiǎn)化這一調(diào)整優(yōu)化過程，使三維設(shè)計(jì)能夠快速滿足低排放的要求等等。
　　在對(duì)燃燒室三維結(jié)構(gòu)的反復(fù)調(diào)試修改設(shè)計(jì)過程中，如果采用參數(shù)化

4、建模方法建立燃燒室?guī)缀文Ｐ秃途W(wǎng)格劃分，則可以簡(jiǎn)化三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中的數(shù)值計(jì)算預(yù)處理工作，更有利于節(jié)省設(shè)計(jì)優(yōu)化研究工作的時(shí)間。但是燃燒室這樣復(fù)雜結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模還處于探索階段，要實(shí)現(xiàn)低排放燃燒室的參數(shù)化建模需要克服種種困難。針對(duì)這些問題，本文進(jìn)行了以下幾方面的研究工作：
　　1.建立了一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室參數(shù)化建模系統(tǒng)，包含旋流器和火焰筒兩種燃燒室部件，擁有清晰完善的菜單和窗口設(shè)計(jì)，可以完成旋流器和環(huán)形燃燒室火焰筒部件的參數(shù)化幾何

5、建模，燃燒室模型修改和更新只需要幾分鐘，相比傳統(tǒng)燃燒室建模方法節(jié)約了99％的時(shí)間。
　　2.提出了多維交互式低排放燃燒室設(shè)計(jì)方法，根據(jù)給定的燃燒室燃料和空氣等數(shù)據(jù)，使用該方法通過改變反應(yīng)區(qū)過量空氣系數(shù)控制NOx生成量，設(shè)計(jì)了一個(gè)低 NOx排放燃燒室結(jié)構(gòu)方案。具體包括：
　?。?）借鑒傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)燃燒室進(jìn)行了初步的零維設(shè)計(jì)。進(jìn)行了燃燒室熱力參數(shù)計(jì)算、燃燒室整體尺寸的氣動(dòng)計(jì)算以及各部分進(jìn)氣量的經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，得到常規(guī)燃燒室的初始

6、零維參數(shù)設(shè)計(jì)。
　?。?）采用CRN方法對(duì)低排放燃燒室進(jìn)行一維設(shè)計(jì)分析。對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分區(qū)。通過分析反應(yīng)區(qū)不同過量空氣系數(shù)對(duì)NOx生成量的影響，確定燃燒室排放量最低時(shí)的最佳空氣配比，運(yùn)用微元法確定燃燒室的有效燃燒體積，計(jì)算一維特征長(zhǎng)度。
　　（3）利用參數(shù)化建模系統(tǒng)，以一維設(shè)計(jì)的配氣方案和特征長(zhǎng)度為指導(dǎo)，對(duì)零維設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行修正，建立不同結(jié)構(gòu)的燃燒室?guī)缀文Ｐ?。?duì)比不同結(jié)構(gòu)的燃燒室三維燃燒流場(chǎng)性能，最終確定一種低排放燃燒室結(jié)構(gòu)

7、。證實(shí)這種多維交互式低排放燃燒室設(shè)計(jì)方法相較傳統(tǒng)的反復(fù)試驗(yàn)調(diào)試的設(shè)計(jì)方法是可行且更節(jié)省時(shí)間的。
　　3.通過分析影響回流區(qū)的部分參數(shù)，得出了旋流器旋流數(shù)和回流區(qū)體積之間的關(guān)系，并擬合成一個(gè)多項(xiàng)式表達(dá)。確定了回流區(qū)體積和環(huán)流區(qū)體積之間的比例關(guān)系。
　　4.定義了一個(gè)面積-流量系數(shù)af，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用并驗(yàn)證了該系數(shù)的準(zhǔn)確度。該面積-流量系數(shù)可以從一維設(shè)計(jì)結(jié)果中快速計(jì)算出三維幾何模型的進(jìn)氣孔尺寸參數(shù)，大大節(jié)省了三維設(shè)計(jì)中反復(fù)調(diào)試