缸内直喷气体燃料发动机文献综述

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1、-缸内直喷低热值气体燃料发动机燃烧过程建模与仿真1.1论文研究的背景能源和环境问题是近一个世纪人类最关心的两个问题，也是我国乃至世界各国坚持走可持续发展的重要战略问题。内燃机是石油资源的主要消耗源和大气环境5染的主要来源之一，其发展与能源形势和环境问题密切相关。我国汽车工业对石油能源的依赖性已经成为限制国民经济发展，能源安全的重要因素。世界上各国政府都在关注汽车保有量高速发展造成的大气污染问题和石油能源危机问题，一直努力地寻找解决途径，代用燃料汽车的开发成为行之有效的手段，如氢气汽车、甲醇汽车、电动汽车、气体燃料汽车等。近几年来，气体燃料发动机得到了国内外研究学者们的广泛关注。

2、在发动机燃用气体燃料研究领域，近些年来除了被称为高品质气体燃料的天然气外，低热值混合气体燃料(或称为低品质气体燃料)正在成为世界各国政府、企业及高校研究单位关注的焦点。低热值燃料的特征是:燃料组分中甲烷(CH4)含量相对较低(通常为40%一70%)，非烃气体含量较高(CO2、N2:为10%一40%);另外其热值较低，为天然气的50%左右。低热值燃气主要有以下几个来源:工业生产过程中产生的低热值燃气，如高炉煤气、炼油伴生气、瓦斯气，生物质热解气化气。这些低热值能源资源的利用是提高我国能源利用效率的重要技术途径，同时处理生产和生活的废弃物和垃圾，也有利于控制污染排放和净化生活环境。

3、从燃料的获取来源上讲低热值混合气体燃料主要由煤层气和沼气等组成。其中煤层气因开采获取方式不同又具体称为地面开发煤层气(Coal-BedMethane；CBM)、井下抽放煤层气(CoalMineMethane，CMM)和报废矿井煤层气(AbandonedMineMethane，AMM)三种。从地面直接开采的CBM甲烷含量很高，通常在95%以上，但CBM的开采量往往受到地质结构和开采技术的限制。而报废矿井中残存的AMM甲烷含量很低，一般在30%以下，其储藏点分散并储量少，开采成本常高于燃料利用价值，因此缺少工业应用前景。目前中国的煤层气主要是具有低热值混合气体燃料特征的CMM。低热

4、值混合气体燃料的另一主要来源是沼气。沼气是有机物在隔绝空气和一定的温度、湿度、酸碱度等条件下，经过沼气细菌作用而产生的可燃气体，是一种可再生的清洁气体燃料。-页脚---开发利用低热值混合气体燃料在我国具有特殊的战略意义。我国是世界上最大的煤炭生产和一次能源消费国家，同时也是煤层气资源大国，我国煤层气资源居世界第三位，总储量与我国天然气资源量(38亿万立方米)相当，约为31亿万立方米。而在地域分布上又与天然气资源形成良好的互补性，我国煤层气资源集中在中部和东部地区，而天然气资源主要分布在西部地区。但目前我国煤层气不仅没充分发挥其资源优势，反而成为破坏生态环境和煤炭生产事故的主要来

5、源。我国每年煤炭行业70%一80%的重大伤亡事故是由井下未排出的CMM气引发的。我国是世界上最大的煤炭生产和一次能源消费国家，同时也是煤层气资源大国，我国煤层气资源居世界第三位，煤层气资源总量为30-35万亿立方米，储量与我国天然气资源量(38亿万立方米)相当，而且煤层气资源在地域分布上又与天然气资源形成良好的互补性，我国煤层气资源集中在中部和东部地区，而天然气资源主要分布在西部地区。煤层气资源的大量开采利用能够促进燃料结构调整，有助于改善煤炭安全开采，改善大气质量，是中国经济可持续发展的战略能源。由此可见，开发利用低热值混合气体燃料有利于我国优化能源结构，缓解能源紧张局面和保

6、护环境，同时对保证煤炭生产安全和可再生能源的利用具有非常深远的社会意义。意义1.2低热值气体发动机研究现状近些年来，国内外先后开发出燃用低热值混合气体燃料的新型气体燃料发动机。奥地利JenbacherWerke.A.G公司在上世纪90年代推出了JW208GB低热值气体燃料发动机，该机可燃用沼气，额定转速为1500r/min，额定功率为134千瓦。日本Niigata公司推出了双燃料的混合气体燃料发动机，该产品通过将少量柴油喷入缸内引燃混合气，实现了低热值混合气体燃料的稳定高效燃烧。另外，在澳大利亚、英国、俄罗斯、波兰等国低热值气体燃料发动机也得到开发应用。我国胜利油田管理局动力机

7、械厂在2000年开发出以CMM为燃料的内燃机发电机组，尽管与国外同类发动机相比该机价格较低，但其单机功率小于500千瓦，发电效率较低，时常因煤层气组分浓度变化出现燃烧不稳定及停机现象。阿拉巴马大学K.C.Midkiff研究了燃用4种不同组分配比的低热值气体燃料发动机的排放特性，发现低热值混合气体燃料组分配比对发动机的排放性能有明显影响，与天然气发动机相比，低热值混合气体燃料中的CO2:成份可使氮氧化物排放量降低。马来西亚saiful-页脚---Bari等人研究了非烃气体二氧化碳对低热值气体燃