CFD一种气体燃料喷射阀的设计与流动分析(2)
3.4 气体喷射阀流动仿真计算 22
3.5 本章小结 26
4 气体喷射阀流动仿真结果分析 27
4.1 流动仿真结果分析 27
4.2 结构改进及改进后的流动仿真计算结果分析 29
4.3 本章小结 33
结 论 34
致 谢 35
参考文献 36
1 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
内燃机汽车的发展是近代工业技术的最大成就之一。但随着世界范围内汽车保有量的快速增长，石油资源被大量开采，石油储量迅速减少。根据美国地勘探局2000年发表的数据，全世界已知石油储量为142.1×109t，以当前水平连续生产，还可开采39.9年，全世界未勘探的石油资源估计为98.3×109t[1]。随着石油的大量使用，产生了严重的大气污染。近年来雾霾天气屡见不鲜，其很大程度上是因为汽车尾气中颗粒物的大量排放。此外，汽车尾气中的氮氧化物和未完全燃烧的碳氢化合物都会对人体的健康产生危害。
在这种背景下，人们致力于寻找和发展，高效、丰富、清洁的石油代替资源。通过近十年来的研究，可燃性气体如天然气、水煤气和石油炼化尾气被世界公认为环保、丰富、便宜、现实的发动机代用燃料，气体燃料发动机包括双燃料发动机被公认为21世纪的理想动力[2]。
在气体代用燃料的发展过程中，气体燃料发动机扮演着重要角色。发动机直接决定汽车的动力性、可靠性与安全性。发动机的燃料供给方式以及空燃比控制方法又对发动机的性能具有极大影响。国内生产及研发气体燃料发动机燃料喷射装置的公司极其有限。由此可见发展气体燃料发动机喷射装置的技术研究，具有十分重要的现实意义。其中在研究气体燃料发动机喷射装置的过程中，高压大流量气体燃料喷射阀的研究也至关重要。
1.2 气体代用燃料的研究与发展状况
车用发动机代用燃料的研究最早开始于上世纪20年代，苏联与意大利两国丰富的天然气资源储备推动了气体发动机的发展。但受到技术水平与需求程度的限制,并没有得到广泛的应用[3]。严重的能源和环境问题,使资源丰富、便于获得的低热值气体燃料成为最现实的替代燃料。一些被认为比较有应用前景的代用燃料,主要包括天然气、醇类、液化石油气、二甲醚、氢气等，近年来收到了广泛关注。
（1）天然气
天然气是一种自然资源,从油气田和气田开采得到,贮量大。天然气发动机最大的优点是清洁。在管道铺设容易的地带，天然气相比传统燃料有很多优势[4]。另外,天然气发动机具有不用润滑油润滑,噪声低,发动机寿命长的优点。但天然气在具有诸多优点的同时仍存在着密度小,着火范围窄,燃烧时间长,火焰传播速度慢以及发动机热效率低等缺点[5]。
（2）醇类
醇类燃料主要是指甲醇、乙醇,这类燃料储存、运输和使用相比于氢气都比较方便。甲醇的来源丰富,可从天然气、煤炭中制取。乙醇可以从农作物秸秆中提取，对于那些农业经济发达的国家可重点研究发展。同时现有的汽油发动机只要经过稍加修改就可以改用醇类燃料，使醇类燃料的发展具有很大的优势。但其缺点也较明显，比如：醇类燃料虽然减少了HC和CO的排放,但同时也增加了其他污染物质的释放。
（3）二甲醚
二甲醚与乙醇类似，可从生物质原料中获取,但目前主要采用天然气和煤进行生产。二甲醚有着较好的着火性能,较高的热效率和较低的污染排放等优点。研究结果表明二甲醚具有一些醇类燃料和压缩天然气等其他代用燃料没有的突出优点。二甲醚可以压燃而不需要其他附加手段。通常只需对柴油机燃用发动机的燃油系统以及它与燃烧室之间的配合进行一些微小改装和调整即可使用二甲醚燃料，实现高效清洁燃烧的同时满足一定的机动车排放标准[6]。