1. 研究目的与意义（文献综述）

随着汽车工业的飞速发展，汽车的持有量不断地怎加，使得石油资源的慢慢枯竭，燃料的成本不断怎加，从而引发的资源和环境问题受到人们的关注，各国的排放法规日益严格。除了在传统燃料发动机上运用排气再循环、均质压燃、电控喷油等新技术外，天然气等代用燃料的研发已经成为重要研究方向。天然气因价格低廉、排放物较少及储量丰富等优点成为石油主要代用品。双燃料发动机是指能用两种燃料的发动机，除了能使用汽油、柴油之外还能够使用替代燃料。将传统的发动机改装成为双燃料发动机，只需要添加一套供气系统就能实现，改动较小。现阶段，双燃料发动机主要指的是天然气-柴油发动机。天然气的主要成分是甲烷，由于甲烷着火温度较高，因此需要用少量柴油引燃或者是火花塞点火。火花塞点火火焰传播速度慢、热效率低；柴油引燃燃烧更快、热效率高。

国内外发展现状

近年来的研究热点是双燃料发动机的燃烧特性及排放特性、 燃烧模型、 稀燃技术、 增压中冷技术、 油气电子调节与控制、控制排放的缸内燃烧技术、机外催化技术和废气再循环技术等。天然气 / 柴油双燃料缸内射流发展混合过程对优化组织燃烧，提高双燃料发动机动力性，降低排放均有重要的影响。但是目前目前国内外针对双燃料发动机的研究多集中在发动机的性能研究，针对双燃料缸内射流发展混合过程的研究还不够广泛和深入。abraham 等开展了高压直喷气体射流的实验研究。 1994年， 他通过研究气液两种射流， 发现得益于液体射流的高动量，其与空气动量交换速度更快，因此液体射流比气体射流更易于和环境气体混合。 1996 年，他总结计算了气体入口速度与气体射流贯穿距之的经验公式。 1997 年，他通过 cfd 模拟计算，认为气体射流可使用尺度低于气体喷孔直径的计算网格。p.ouellette 等基于 k-ε 湍流模型，利用数值模拟研究了缸内湍流，喷射持续时间以及壁面等因素对天然气射流的速度场、贯穿距的影响。 timothy white 利用纹影仪法，背影法和数值计算方法研究了天然气 / 柴油双燃料射流的发展。设计加工了不同的双燃料喷射器结构， 分析了不同天然气， 柴油喷射位置，喷射夹角距离等因素对射流的影响。 yu jingzhou 等利用平面激光诱导荧光测试技术（plif）研究了喷射压力与缸内背压不同比值下天然气撞击平面的射流结构变化以及射流与周围空气的相互作用。研究发现，平面撞击有利于气体射流与环境气体的混合，为气体机分层燃烧技术开展提供了技术基础。yu liu 等利用纹影仪，定容弹等实验设备，用 l 型管道代替喷嘴研究了天然气喷射压力，背压，以环境因素对天然气射流发展，天然气点火成功率，天然气火焰生长速度的影响。 taibmohamad 等人提出，由于天然气无色无味，可将天然气射流导入水中，从而拍摄天然气射流发展过程。作者将火花塞改装成为直喷天然气喷射器，喷射压力在 4-6mpa 之间。天然气射流的涡流结构与天然气射流球形射流模型十分吻合。 xucheng 等在背压为 4mpa，环境温度为 850k 条件下研究了不同气体射流喷射压力对喷孔内部的流动状态的影响，结果显示，喷孔出口速度大于入口速度，而喷孔出口压力和出口温度则低于入口。 iman chitsaz 等利用纹影仪以及数值模拟手段，研究了单燃料压缩天然气（cng）射流发展过程，研究发现，较高的喷射压力与背压比值以及更大的天然气喷孔孔径会导致射流贯穿距显著增加，但是射流初始发展阶段基本不受影响，模拟结果与实验射流发展基本一致。 mingi choi 等结合plif 实验数据，针对气体燃料喷射优化了 kiva-3v 的程序。karri keskinen 等研究了喷嘴类型，喷射压力，喷射时刻对缸内混合气形成的影响。

2. 研究的基本内容与方案

20世纪70年代以后，数值计算方法和计算流体力学发展渐渐成熟，开发出很多内燃机工作过程模拟分析软件，具有代表性的有：美国losalamos国家实验室推出的kiva系列程序、computational dynamics ltd.公司推出的star-cd、奥地利avl公司的fire等。

本文采用avl公司的发动机三维性能模拟分析软件fire软件进行发动机的热力工作循环仿真，利用仿真计算结果与实机测试结果比对，修正各种边界条件，建立双燃料燃烧模型，进行发动机燃烧过程仿真，对双燃料发动机燃烧过程进行分析。fire主要由前处理、求解器和后处理组成，用于模拟内燃机缸内流动、喷雾、燃烧等过程。通过前处理器可以实现全自动、半自动或手动方式生成静网络和动网络；求解器的数值采用移动边界法，同时含有丰富的湍流、喷雾、燃烧、排放预测等物理化学模型，并且含有用户自定义功能，对于不同的模拟对象和环境自定义模拟计算模型，让他与实际情况保持一致性；后处理系统可以生成二维或三维可视化图形和动画获得高超的视觉效果，能科学的揭示所研究的现象和机理，为发动机优化设计提供较为直观得依据。

3. 研究计划与安排

第1-3周 译文，阅读文献。

第4周 开题报告、方案论证。

第5-11周 完成有关计算。

4. 参考文献（12篇以上）

[1].刘磊，杨福源，欧阳明高，方成，姜泽军，郝守刚4g200柴油_天然气双燃料系统控制与优化_2005

[2].朱思巍 jx493柴油机燃用生物柴油的燃烧分析及试验研究_2012