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天然氣發動機系統優化設計 版權信息
- ISBN：9787122404572
- 條形碼：9787122404572 ; 978-7-122-40457-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
天然氣發動機系統優化設計 本書特色
適讀人群 ：本書可供高等院校機械、能源及動力等專業的本科生、研究生，相關領域研究人員和工程技術人員閱讀和參考。1. 本書基于天然氣作為發動機的代用燃料的巨大應用潛力； 2. 主要針對柴油機改裝天然氣發動機時遇到的問題進行介紹； 3. 采用試驗與計算流體力學（CFD）研究相結合的方法； 4. 實用性較強，每一章在理論和方法介紹的同時，都還配有相應的案例分析； 5. 內容全面，從數值計算，到燃燒室、配氣機構、進氣道，再到具體的稀燃點燃式天然氣發動機； 6. 圖文并茂、數據翔實，書中配有彩色試驗圖片。
天然氣發動機系統優化設計 內容簡介
天然氣作為世界上繼煤和石油之后的第三大能源，以其資源豐富、價格低廉及排放污染低的突出優點被認為是很有發展前途的發動機代用燃料。本著作主要以開發一款應用于城市公交客車的低排放中重型車用單一燃料天然氣發動機為例，通過理論分析、數值計算與試驗研究相結合的手段，對天然氣發動機系統優化設計進行詳細的研究分析。全書共分7章，內容包括天然氣物性介紹及天然氣發動機分類、數值計算模型及計算方法、燃燒室優化設計、配氣機構的改進設計、進氣道優化設計以及稀燃點燃式天然氣發動機的案例分析。 本書可供高等院校機械、能源及動力等專業的本科生、研究生，相關領域研究人員和工程技術人員閱讀和參考。
天然氣發動機系統優化設計 目錄
第1章 緒論 / 1
1.1 天然氣在能源結構中的地位和物化特性 2
1.1.1 天然氣在能源結構中的地位 2
1.1.2 天然氣的物化特性 2
1.2 天然氣發動機的發展歷程及前景 4
1.2.1 天然氣發動機的發展歷程 4
1.2.2 天然氣發動機的發展前景 5
1.3 天然氣發動機國內外研究狀況 6
1.3.1 壓縮天然氣發動機的分類 6
1.3.2 兩用燃料天然氣發動機 7
1.3.3 雙燃料天然氣發動機 8
1.3.4 單燃料天然氣發動機 10
1.3.5 天然氣發動機稀燃技術 19
1.4 CFD在發動機研究中的應用 24
1.4.1 應用于內燃機工作過程的多維數值模擬軟件 25
1.4.2 內燃機燃燒過程數值模擬研究 26
1.4.3 內燃機進氣過程多維數值模擬研究 27
第2章 數值計算模型、計算方法與網格生成 / 30
2.1 湍流流動模型 31
2.1.1 流動控制方程 31
2.1.2 流動控制方程的時均化 32
2.1.3 湍流模型 34
2.2 化學反應動力學機理及燃燒模型 36
2.2.1 化學反應動力學機理及天然氣的化學反應動力學過程 36
2.2.2 渦破碎模型 38
2.2.3 渦耗散模型 38
2.2.4 特征時間模型 39
2.2.5 概率密度函數方法 39
2.2.6 湍流火焰速度封閉模型 40
2.2.7 相干火焰模型 40
2.3 排放模型 41
2.3.1 氮氧化物的生成機理 41
2.3.2 影響氮氧化物生成的主要因素 42
2.4 數值計算方法 43
2.4.1 有限容積法 43
2.4.2 任意拉格朗日法 44
2.5 網格生成 45
2.5.1 網格類型 45
2.5.2 網格生成過程與網格劃分的要求 46
第3章 燃燒室優化設計及案例分析 / 47
3.1 燃燒室設計條件 47
3.1.1 原型發動機的主要參數 47
3.1.2 新開發天然氣發動機的目標及要求 48
3.2 燃燒室結構優化設計 48
3.2.1 幾何模型的建立 49
3.2.2 計算模型與計算網格的劃分 49
3.2.3 計算對象結構參數及運行參數 50
3.2.4 模型可行性驗證 51
3.2.5 天然氣發動機的火花點火及火焰傳播過程 52
3.2.6 燃燒室形狀對燃燒過程的影響 54
3.2.7 火花塞位置對燃燒過程影響的數值計算 63
3.3 優化后燃燒室的試驗驗證及分析 67
3.3.1 試驗裝置與試驗方法 67
3.3.2 不同燃燒室形狀的燃燒特性分析 68
第4章 配氣機構的改進設計及案例分析 / 71
4.1 配氣機構設計原則及方法 71
4.2 配氣相位及凸輪型線的設計 72
4.2.1 配氣相位的設計 72
4.2.2 凸輪型線的設計 72
4.3 配氣機構設計方案的評價及選擇 75
4.3.1 一維計算模型的建立 76
4.3.2 計算模型驗證 76
4.3.3 不同計算方案的評價及選擇分析 76
4.4 配氣機構對燃燒過程的影響研究 79
4.4.1 燃燒特性分析 81
4.4.2 排放分析 87
第5章 進氣道的優化設計及案例分析 / 91
5.1 進氣道的流通特性及相關參數 91
5.1.1 進氣道的流通特性評價參數 91
5.1.2 進氣道調整結構參數的確定 92
5.2 原機進氣道CFD分析研究 93
5.2.1 幾何建模 94
5.2.2 網格生成 94
5.2.3 計算模型與邊界設置 95
5.2.4 計算結果及分析 96
5.3 不同氣道形狀CAD設計及CFD計算 101
5.3.1 不同氣道形狀的設計 101
5.3.2 不同氣道形狀的穩態計算結果及分析 102
5.4 氣道形狀對缸內氣體流動與燃燒過程影響的研究 107
5.4.1 計算模型及邊界條件 107
5.4.2 氣道形狀對進氣和燃燒過程影響的研究 108
5.5 安裝不同缸蓋時的外特性試驗研究 118
第6章 優化設計案例：稀燃點燃式天然氣發動機 / 121
6.1 空燃比與點火系統控制研究 121
6.1.1 火花點火發動機控制系統的工作原理 121
6.1.2 空氣流量的計算與控制 121
6.1.3 燃料流量的計算與控制 122
6.1.4 空燃比控制分類 123
6.1.5 空燃比控制的實施 124
6.1.6 點火控制策略的研究與設計 125
6.1.7 點燃式天然氣發動機的控制系統 126
6.2 運行參數對稀燃天然氣發動機性能的影響 127
6.2.1 點火提前角和過量空氣系數對燃燒過程的影響 127
6.2.2 點火提前角和過量空氣系數對排溫的影響 133
6.2.3 點火提前角與過量空氣系數對發動機動力性、經濟性和排放的影響 134
6.3 發動機的ETC試驗 136
6.3.1 排放法規 136
6.3.2 試驗原理 137
6.3.3 試驗方法及過程 137
6.3.4 試驗結果 138
第7章 總結及展望 / 141
7.1 本書的主要工作 141
7.2 工作展望 143
參考文獻 / 144
1.1 天然氣在能源結構中的地位和物化特性 2
1.1.1 天然氣在能源結構中的地位 2
1.1.2 天然氣的物化特性 2
1.2 天然氣發動機的發展歷程及前景 4
1.2.1 天然氣發動機的發展歷程 4
1.2.2 天然氣發動機的發展前景 5
1.3 天然氣發動機國內外研究狀況 6
1.3.1 壓縮天然氣發動機的分類 6
1.3.2 兩用燃料天然氣發動機 7
1.3.3 雙燃料天然氣發動機 8
1.3.4 單燃料天然氣發動機 10
1.3.5 天然氣發動機稀燃技術 19
1.4 CFD在發動機研究中的應用 24
1.4.1 應用于內燃機工作過程的多維數值模擬軟件 25
1.4.2 內燃機燃燒過程數值模擬研究 26
1.4.3 內燃機進氣過程多維數值模擬研究 27
第2章 數值計算模型、計算方法與網格生成 / 30
2.1 湍流流動模型 31
2.1.1 流動控制方程 31
2.1.2 流動控制方程的時均化 32
2.1.3 湍流模型 34
2.2 化學反應動力學機理及燃燒模型 36
2.2.1 化學反應動力學機理及天然氣的化學反應動力學過程 36
2.2.2 渦破碎模型 38
2.2.3 渦耗散模型 38
2.2.4 特征時間模型 39
2.2.5 概率密度函數方法 39
2.2.6 湍流火焰速度封閉模型 40
2.2.7 相干火焰模型 40
2.3 排放模型 41
2.3.1 氮氧化物的生成機理 41
2.3.2 影響氮氧化物生成的主要因素 42
2.4 數值計算方法 43
2.4.1 有限容積法 43
2.4.2 任意拉格朗日法 44
2.5 網格生成 45
2.5.1 網格類型 45
2.5.2 網格生成過程與網格劃分的要求 46
第3章 燃燒室優化設計及案例分析 / 47
3.1 燃燒室設計條件 47
3.1.1 原型發動機的主要參數 47
3.1.2 新開發天然氣發動機的目標及要求 48
3.2 燃燒室結構優化設計 48
3.2.1 幾何模型的建立 49
3.2.2 計算模型與計算網格的劃分 49
3.2.3 計算對象結構參數及運行參數 50
3.2.4 模型可行性驗證 51
3.2.5 天然氣發動機的火花點火及火焰傳播過程 52
3.2.6 燃燒室形狀對燃燒過程的影響 54
3.2.7 火花塞位置對燃燒過程影響的數值計算 63
3.3 優化后燃燒室的試驗驗證及分析 67
3.3.1 試驗裝置與試驗方法 67
3.3.2 不同燃燒室形狀的燃燒特性分析 68
第4章 配氣機構的改進設計及案例分析 / 71
4.1 配氣機構設計原則及方法 71
4.2 配氣相位及凸輪型線的設計 72
4.2.1 配氣相位的設計 72
4.2.2 凸輪型線的設計 72
4.3 配氣機構設計方案的評價及選擇 75
4.3.1 一維計算模型的建立 76
4.3.2 計算模型驗證 76
4.3.3 不同計算方案的評價及選擇分析 76
4.4 配氣機構對燃燒過程的影響研究 79
4.4.1 燃燒特性分析 81
4.4.2 排放分析 87
第5章 進氣道的優化設計及案例分析 / 91
5.1 進氣道的流通特性及相關參數 91
5.1.1 進氣道的流通特性評價參數 91
5.1.2 進氣道調整結構參數的確定 92
5.2 原機進氣道CFD分析研究 93
5.2.1 幾何建模 94
5.2.2 網格生成 94
5.2.3 計算模型與邊界設置 95
5.2.4 計算結果及分析 96
5.3 不同氣道形狀CAD設計及CFD計算 101
5.3.1 不同氣道形狀的設計 101
5.3.2 不同氣道形狀的穩態計算結果及分析 102
5.4 氣道形狀對缸內氣體流動與燃燒過程影響的研究 107
5.4.1 計算模型及邊界條件 107
5.4.2 氣道形狀對進氣和燃燒過程影響的研究 108
5.5 安裝不同缸蓋時的外特性試驗研究 118
第6章 優化設計案例：稀燃點燃式天然氣發動機 / 121
6.1 空燃比與點火系統控制研究 121
6.1.1 火花點火發動機控制系統的工作原理 121
6.1.2 空氣流量的計算與控制 121
6.1.3 燃料流量的計算與控制 122
6.1.4 空燃比控制分類 123
6.1.5 空燃比控制的實施 124
6.1.6 點火控制策略的研究與設計 125
6.1.7 點燃式天然氣發動機的控制系統 126
6.2 運行參數對稀燃天然氣發動機性能的影響 127
6.2.1 點火提前角和過量空氣系數對燃燒過程的影響 127
6.2.2 點火提前角和過量空氣系數對排溫的影響 133
6.2.3 點火提前角與過量空氣系數對發動機動力性、經濟性和排放的影響 134
6.3 發動機的ETC試驗 136
6.3.1 排放法規 136
6.3.2 試驗原理 137
6.3.3 試驗方法及過程 137
6.3.4 試驗結果 138
第7章 總結及展望 / 141
7.1 本書的主要工作 141
7.2 工作展望 143
參考文獻 / 144
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