天然气发动机的滚流—挤流—卷流协同的快速燃烧优化方法技术

本发明专利技术公开了一种天然气发动机的滚流—挤流—卷流协同的快速燃烧优化方法，该方法为：分别对发动机的进气道和燃烧室的结构进行优化，将发动机的进气道从原有的直道进气道改为螺旋进气道，将发动机的燃烧室的直径比d/D和燃烧室凹坑侧壁和燃烧室收口顶部夹角θ进行调整，其中，d为燃烧室的小径直径，D为缸径。本发明专利技术能够从气流协调的方面，对滚流、挤流和卷流进行协同优化，实现发动机的快速燃烧。实现发动机的快速燃烧。实现发动机的快速燃烧。

【技术实现步骤摘要】
天然气发动机的滚流
—
挤流
—
卷流协同的快速燃烧优化方法


[0001]本专利技术属于点燃式天然气发动机
，具体涉及一种天然气发动机的滚流—挤流—卷流协同的快速燃烧优化方法。

技术介绍

[0002]天然气发动机是属于燃气发动机的一种，对于天然气发动机，燃烧效果会影响发动机动力性、经济性和排放性能。若发动机燃烧效果不好，则会对于发动机以及动力系统相关产生不利影响。因此发动机的燃烧效果是一项非常重要的性能参数。
[0003]目前加快天然气发动机燃烧的方法主要有：开式燃烧室当量比燃烧技术，稀薄燃烧技术，预燃室火花点火燃烧系统和柴油微引燃天然气燃烧系统等。这些技术目的是通过提高点火前缸内能量来加快燃烧。前两种技术主要是通过控制混合气的等熵指数，增大热效率，从而加快天然气发动机的燃烧。后两种技术都是从天然气发动机的点火方面来加快燃烧，利用火花塞点火或引燃的方式，增大点火时刻的能量，使得缸内初始火核能量增大，因此加快了天然气发动机的燃烧。
[0004]以上这些技术都是从宏观上对天然气发动机燃烧前的条件进行改进，从而加快燃烧。而对于点燃式天然气发动机，缸内微观的气流组织情况同样是影响缸内的燃气混合情况以及后续的燃烧发展效果一个非常重要的因素。目前并没有通过缸内滚流
‑
挤流
‑
卷流协同作用的气流组织系统来加快天然气发动机燃烧的这一思路。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种天然气发动机的滚流—挤流—卷流协同的快速燃烧优化方法，能够从气流协调的方面，对滚流、挤流和卷流进行协同优化，实现发动机的快速燃烧。
[0006]本专利技术是通过下述技术方案实现的：
[0007]一种天然气发动机的滚流—挤流—卷流协同的快速燃烧优化方法，该方法为：分别对发动机的进气道和燃烧室的结构进行优化，将发动机的进气道从原有的直道进气道改为螺旋进气道，将发动机的燃烧室的直径比d/D和燃烧室凹坑侧壁和燃烧室收口顶部夹角θ进行调整，其中，d为燃烧室的小径直径，D为缸径。
[0008]进一步的，将发动机的进气道从原有的直道进气道改为螺旋进气道时，定义螺旋进气道的脊线与进气口的切向夹角为螺旋进气道的旋转角度
ɑ
，且0
°
≤
ɑ
≤180
°
，随
ɑ
的增大，进气道的滚流的流速也随之增大；
[0009]定义螺旋进气道的轴线与气道倾斜夹角为螺旋进气道的倾角β，且0
°
≤β≤90
°
，0
°
≤β≤45
°
时，滚流的强度随β增大而增大；45
°
≤β≤90
°
时，滚流的强度随β增大而减小；
[0010]通过调节
ɑ
值和β值，并进行三组以上的方案进行对比权衡，每组方案内均有
ɑ
值和β值的数据，并对每组方案分别进行建模仿真试验，选出滚流效果最好的三组方案。
[0011]进一步的，将发动机的燃烧室的直径比d/D和燃烧室凹坑侧壁和燃烧室收口顶部
夹角θ进行调整时，通过调节d/D的比值和θ值，并进行三组以上的方案进行对比权衡，每组方案内均有一组d/D的比值和θ值的数据，并对每组方案分别进行建模仿真试验，选出挤流和卷流效果配合最好的三组方案。
[0012]进一步的，将发动机的燃烧室的直径比d/D和燃烧室凹坑侧壁和燃烧室收口顶部夹角θ进行调整时，通过调节d/D的比值和θ值，并进行三组以上的方案进行对比权衡，每组方案内均有一组d/D的比值和θ值的数据，并对每组方案分别进行建模仿真试验，选出挤流和卷流效果配合最好的三组方案。
[0013]进一步的，将选出的进气道的三个方案和燃烧室的三个方案进行组合，得到九个方案；分别对九个方案重新构建优化后的CONVERGE模型，九个方案分别和原来的发动机的缸压、累计放热量、瞬时放热率、速度、温度、湍动能、速度矢量进行数据对比，最终得到一个最优的方案。
[0014]进一步的，在对发动机的进气道和燃烧室的结构进行优化前，根据真实发动机的进气道的结构尺寸及燃烧室的结构尺寸对发动机进行CONVERGE模型的构建，并根据该CONVERGE模型计算获得发动机的仿真二维数据和仿真三维数据；仿真二维数据包括发动机各缸的缸压、累计放热量、瞬时放热率；仿真三维数据包括发动机的速度、温度、湍动能、速度矢量。
[0015]进一步的，所述进气道为单侧螺旋倾斜进气，且
ɑ
为45
°
～60
°
，同一气缸的双进气道的倾角为β1为60
°
～70
°
，倾角β2为20
°
～30
°
；燃烧室的θ＝90
°
，d/D＝0.727，此时的发动机燃烧效果最佳。
[0016]有益效果：
[0017](1)本专利技术提供了一种天然气发动机的滚流—挤流—卷流协同的快速燃烧优化方法，可以有效增强进气滚流，增大缸内初始滚流，滚流和挤流协同配合对于点火时刻火核的形成提供了有利条件，在燃烧室中形成了较为均布的卷流，有利于火焰的快速均匀的发展，从而实现缸内的快速燃烧。
[0018](2)本专利技术将发动机的进气道从原有的直道进气道改为螺旋进气道，尤其为单侧螺旋倾斜进气，增大进气流速和强度，增大了进气滚流，提高了缸内初始滚流强度，有利于气体在缸内的快速混合，提高缸内进气后的气体混合均匀度；
[0019](3)本专利技术对发动机的燃烧室的直径比d/D和燃烧室凹坑侧壁和燃烧室收口顶部夹角θ进行调整，将燃烧室结构调整为θ＝90
°
，d/D＝0.727，使得挤流保持在相对较高的强度，在点火前的压缩过程中，气流进一步快速的混合，并加快了缸内涡团破碎的速度，提高了点火前缸内的能量，且发动机在θ＝90
°
时没有矫正过度的挤流，因此在点火时刻，能够给火核提供一个相对稳定的气流环境，火核与缸内中心线生成，并产生了较为均匀卷流，使得火焰发展均匀且快速；
[0020](4)本专利技术的将选出的进气道的三个方案和燃烧室的三个方案进行组合，得到九个方案；分别对九个方案重新构建优化后的CONVERGE模型，九个方案分别和原来的发动机的缸压、累计放热量、瞬时放热率、速度、温度、湍动能、速度矢量进行数据对比，最终得到一个最优的方案，最终选出的最优方案实现了滚流
‑
挤流
‑
卷流的协同优化，既加快了气体混合，在缸内形成了能量较高的气流环境，又有利于火核的行程，促进了火焰的发展，使发动机的燃烧速度得到了大幅提高。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的实施步骤图。
[0022]图2为本专利技术的进气道结构俯视图。
[0023]图3为本专利技术的进气道结构右视图。
[0024]图4为本专利技术的进气道结构左视图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天然气发动机的滚流—挤流—卷流协同的快速燃烧优化方法，其特征在于：该方法为：分别对发动机的进气道和燃烧室的结构进行优化，将发动机的进气道从原有的直道进气道改为螺旋进气道，将发动机的燃烧室的直径比d/D和燃烧室凹坑侧壁和燃烧室收口顶部夹角θ进行调整，其中，d为燃烧室的小径直径，D为缸径。2.如权利要求1所述的一种天然气发动机的滚流—挤流—卷流协同的快速燃烧优化方法，其特征在于：将发动机的进气道从原有的直道进气道改为螺旋进气道时，定义螺旋进气道的脊线与进气口的切向夹角为螺旋进气道的旋转角度
ɑ
，且0
°
≤
ɑ
≤180
°
，随
ɑ
的增大，进气道的滚流的流速也随之增大；定义螺旋进气道的轴线与气道倾斜夹角为螺旋进气道的倾角β，且0
°
≤β≤90
°
，0
°
≤β≤45
°
时，滚流的强度随β增大而增大；45
°
≤β≤90
°
时，滚流的强度随β增大而减小；通过调节
ɑ
值和β值，并进行三组以上的方案进行对比权衡，每组方案内均有
ɑ
值和β值的数据，并对每组方案分别进行建模仿真试验，选出滚流效果最好的三组方案。3.如权利要求1所述的一种天然气发动机的滚流—挤流—卷流协同的快速燃烧优化方法，其特征在于：将发动机的燃烧室的直径比d/D和燃烧室凹坑侧壁和燃烧室收口顶部夹角θ进行调整时，通过调节d/D的比值和θ值，并进行三组以上的方案进行对比权衡，每组方案内均有一组d/D的比值和θ值的数据，并对每组方案分别进行建模仿真试验，选出挤流和卷流效果配合最好的三组方案。4.如权利要求2所述的一种天然气发动机的滚...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晗，王皓菡，曹智焜，谢亮，罗庆贺，孙柏刚，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：