基于一维/三维模型耦合的富氧燃烧天然气发动机数值模拟

姜伟， 张玉银， 李世琰， 张勇， 张伟

(1. 上海交通大学机械与动力工程学院， 上海 200240； 2. 上海空间电源研究所， 上海 200245)



·性能研究·

基于一维/三维模型耦合的富氧燃烧天然气发动机数值模拟

姜伟1， 张玉银1， 李世琰1， 张勇1， 张伟2

(1. 上海交通大学机械与动力工程学院， 上海 200240； 2. 上海空间电源研究所， 上海 200245)

以某1.0 L3缸汽油机为基础，利用GT-Power与Converge建立了天然气发动机耦合仿真模型,并利用原机试验数据对模型进行了验证，研究了进气富氧与EGR对天然气发动机性能的影响特性，对利用进气富氧与EGR改善天然气发动机的性能进行了探讨。结果表明，随进气氧气体积分数提高，天然气发动机平均有效压力显著提高，最大可提高22.8%(氧体积分数为28%时)；同时缸内温度和NOx排放升高，排气与传热的能量损失增加，燃气消耗率略有升高。加入EGR可以降低富氧燃烧下天然气发动机燃气消耗率，随着EGR率增加，燃气消耗率主要呈先减小后增加趋势；且随进气氧浓度提高，各浓度下最低燃气消耗率对应的EGR率逐渐提高；NOx排放随EGR率增加而逐渐降低，在进气氧体积分数为23%，25%，27%，29%时，EGR率分别为10%，15%，20%，25%即可将NOx排放降到原机水平；利用进气富氧与EGR可以有效地改善天然气发动机动力不足与NOx排放高的状况。

天然气发动机； 富氧燃烧； 废气再循环； 数值模拟

天然气作为传统发动机的替代燃料有着许多优点：资源丰富，价格低廉，燃烧产生的有害排放低，二氧化碳排放低，辛烷值高等。但天然气发动机同样存在不足，相比于汽油机，天然气发动机由于容积效率低、缸内火焰速度慢等因素，其动力输出相比同条件下汽油机明显降低[1]，而且具有较严重的NOx排放问题[2]。……