对气体机稳压腔进气混合均匀性的数值模拟.pdf

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1、InternalCombustionEngine&Parts·17·对气体机稳压腔进气混合均匀性的数值模拟NumericalSimulationonIntakeAirandMixingUniformityintheVoltageStabilizingCavityofGasEngine刘智勇①LIUZhi—yong；刘振②LIUZhen；鲁成②LUCheng(①山东大学能源与动力-1-程学院，济南250061；②潍柴西港新能源动力有限公司，潍坊261061)(@DepartmentofEnergyand

2、PowerEngineering，ShandongUniversityJi7nan250061，China；@)WeichaiWestportInc．，Weifang261061，China)摘要：气体发动机各缸的进气均匀性十分重要，利用F1uent软件对5种方案的进气系统进行了三维仿真计算。得到了稳压腔内不同位置的天然气质量分数的分布情况，对流场中不同位置的分布情况进行了分析。发现适当改变稳压腔的长度和高度有利于天然气的混合均匀性。为天然气发动机的性能优化提供了一定的研究基础。Abstract：Cy

3、linderuniformityofinletgasengineisvel-vimportant．thethree—dimensionalsimulatecalculationiscarriedonrespectivelyto5inletairsystemsbyusingFluentsoftware．Thedistributionofnaturalgasmassfractionandflowfieldindifferentpositioninvoltagestabilizingcavityareana

4、lyzed．Appropriatechangeonvoltagestabilizingcavityisbenefittogasmixinguniformity．Resultprovidesresearchfoundationfornaturalgasengineperformanceoptimization．关键词：天然气发动机；进气系统；混合均匀性；数值模拟Keywords：gasengines；intakeairsystem；mixeduniformity；numericalsimulationO

5、引言中国是能源消耗大国，煤炭、石油、天然气在我国的能源结构中占有重要比例⋯。天然气作为一种高效、清洁的能源，受到了国内外的一致关注121。在我国，天然气的消费增长速度在不断提升口I。在内燃机领域，使用天然气的发动机具有污染小、寿命长、费用低、资源广的优势14】。自上个世纪以来，经过数十年的研究与发展，天然气发动机的技术已经日渐成熟。近年来，随着排放法规的日益严格和能源的日渐短缺，国内外的相关学者和机构从燃烧与排放特性、供给系统控制、电控系统开发和天然气的喷射技术等方面对天然气发动机做了大量的理论计算和

6、实验研究㈣。多缸气体发动机的各缸进气混合均匀性的好坏会对发动机的燃烧特性和动力性能产生影响。气体发动机的进气混合不佳，会使得进入各缸的混合器浓度存在一定差异，进而影响到各缸的燃烧情况，导致热负荷不均匀、排放性能难以控制等不良结果。本文利用Fluent软件对不同稳压腔体积下的天然气发动机进气系统进行了三位仿真数值模拟。通过对计算结果的分析与比较，找出影响各缸天然气混合均匀性的因素，为以后相关的问题的研究提供一定的参考依据。1数学模型内燃机进气系统中的气流具有不规则的湍流运动方式，具有三维流动不规则的特点

7、。本文选用运用最广泛的K一8(湍动能与耗散度)的模型，以及质量、动量、能量守恒及输运方程来对进气系统内的流体进行数学描述191。湍流模型为：作者简介：刘智勇(1993一)，男，山东济南人，硕士研究生，研究方向为动力工程。击(pk)+毒(pk㈦=去[(Ix+盟⋯1叔0k，Jl+Gk+Gb-p￡一Y—Sk(1)砉(p8)+毒(脚扣去[卜尝)篝]+c1。}(Gt+G3￡Gb)-c盐PZs-+S。(2)式中：G。——由平均速度梯度引起的湍动能的产生项；G。『_一由浮力引起的湍动能的产生项；YM一可压湍流中脉动

8、扩张的贡献；C。。、C孙G，-经验常数；仃。。—一与湍动能对应的普朗特数；盯￡_与耗散度对应的普朗特数；ShS-为用户定义的源项；p——密度；斗——动力粘性系数；¨。——湍流粘度。2几何模型及边界条件2．1几何模型进气系统模型如图1所示。图1进气系统模型本次数值模拟选用了5种不同的稳压腔模型作为研究对象，其中将方案2作为原机方案。其中方案1和方案3为稳压腔纵向长度上的改变，方案4和方案5为稳压腔·18·内燃机与配件高度上的改变，具体方案设置情况如表1。表