CFD一种气体燃料喷射阀的设计与流动分析(3)
（4）氢气
氢燃料被誉为二十一世纪最理想的燃料一,可从电解水、煤的气化和天然气中制取。氢气具有能量密度高,着火界限宽,火焰传播速度快的优点，除此之外氢燃料的燃烧产物只有水,几乎可以认为是零排放，故其可以作为内燃机的理想能源。从长远来看氢有可能在传统燃料消耗完时成为主导能源[7]。但由于技术水平存在不足,氢燃料在运输、存储以及使用上的过程中都存在较高的安全隐患,并且现有的制备技术一直未能获得突破,这些因素导致氢燃料距离广泛用于内燃机还有一定距离。
表1.1列出了部分燃料与传统燃料的性质对比。对比后可发现，气体燃料在同等质量的情况下，相比于传统燃料，具有热值高的优点。如果能实现高压大流量喷射，气体燃料具有明显优势。故本文研究设计的高压大流量气体喷射阀具有很强的现实意义。
表1.1部分代用燃料与传统燃料的性质对比
柴油 汽油 天然气 乙醇 二甲醚 氢气
低热值（MJ/kg） 42.5 43.9 50.1 25.0 27.6 119.7
沸点/℃ 180-370 39-90 -162 78 -20 -253
十优尔烷值 40-50 14 — 8 55.60 —
自燃温度/℃ 250 390-420 537 420 235 400
理论空燃比 14.6 14.8 17.25 9.0 9.0 34.5
1.3 气体燃料发动机的研究与发展现状
现在世界范围内的气体燃料发动机强国有美国、奥地利、德国、芬兰和日本，它们的主要研制对象是天然气、沼气、垃圾气的气体代用燃料发动机，并且拥有先进成熟的技术和产品，特别是大功率、大缸径机型技术非常成熟[8]。
国外天然气发动机已经大量投入使用，并且具有良好的效应。美国康明斯公司全新开发的康明斯西港ISX12 G发动机。该发动机采用与化学配比冷却式废气再循环相结合的康明斯西港点燃式燃烧专利技术，可以实现400马力的大功率，扭矩可以达到1450 Ib-ft。该发动机装有三元催化后处理装置，结构紧凑，装备消音器后不需要其他装置即可达到美国环保署与加利福尼亚空气资源委员会所要求的排放标准[9][10]。纳威司达2010年推出采用天然的MaxxForce13发动机。MaxxForce13天然气发动机采用Clean Air Power公司的双燃料技术，首先将用于区域内牵引车市场，预计一次加满可行驶400英里[11]。
我国对于气体燃料发动机的研究开始较晚，在基础的理论研究和技术的实际应用开发上与美国、日本等国有着较大的差距。但随着能源的日益枯竭,环境污染日益严重,国家也随之加大了对气体燃料发动机研究的投入,这些都促进了国内气体燃料发动机研究工作的进一步进展。2012年3月13日，我国第一台大功率缸内高压直喷压燃式天然气发动机 (简称“HPDI发动机”）在北京钓鱼台举行上市发布仪式。该天然气发动机，是由中国第一家研发和生产缸内直喷天然气发动机的合资公司—潍柴动力西港新能源发动机有限公司研制的。该气体燃料发动机的研发成功，填补了国内天然气缸内直喷发动机在应用领域的空白[12]。CA6SNl-42E4N2型天然气发动机，是一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂研发生产的一款大功率气体燃料发动机，该发动机的生产填补了我国大功率天然气发动机行业的空白；它的成功开发，标志着我国气体燃料的研究正逐步与国际水平接轨[13]。