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基于内部EGR的HCNG发动机燃烧特性仿真研究
摘要：
为了探究基于内部EGR的HCNG燃料发动机的燃烧特性与排放性能，本文利用CFD仿真技术对其进行了研究。通过建立HCNG发动机的燃烧模型，分析了内部EGR对燃烧过程的影响，研究了不同EGR率下的燃烧和排放行为。结果表明，内部EGR对HCNG发动机燃烧过程产生了重要影响，能够有效降低NOx排放，提高燃烧效率和燃烧稳定性。本文结果对深入理解HCNG发动机内部EGR燃烧过程具有重要的意义。
关键词：内部EGR，HCNG发动机，燃烧，排放特性，CFD
引言：
近年来，环境污染问题越来越受到社会各界的关注，传统燃料车辆对环境的污染也成为社会热点问题之一。为了降低车辆对环境的影响，寻找一种环保型的燃料成为了当今社会的必然选择。而混合氢燃料和压缩天然气（HCNG）的应用逐渐被人们所认可。但是，由于HCNG燃料在燃烧过程中会产生一些不良的燃烧产物，如NOx和颗粒物等，因此研究如何控制燃烧过程和降低排放显得尤为重要。
内部废气再循环技术（EGR）是一种降低内燃机排放的有效措施。通过向发动机燃烧室引入一定量的废气，能够降低燃烧温度和炉内氧含量，从而降低NOx的产生。在HCNG发动机中，内部EGR技术也能够起到降低燃烧产物的作用。因此，本文基于CFD模拟技术，探究了内部EGR对HCNG发动机燃烧和排放特性的影响，对深入理解内部EGR技术在HCNG发动机中的应用具有重要意义。
1.研究方法
1.1模型建立
以一款直喷式四缸HCNG发动机为对象，利用CFD软件建立了化学反应燃烧模型。燃烧模型采用Schreiber反应机理，包括22个化学物种和102个反应步骤。本文采用标准的计算网格剖分方案。
1.2模拟参数
本文主要研究内部EGR对HCNG发动机排放和燃烧特性的影响，因此，我们将内部EGR率作为参数，分别设置为0、10%、20%、30%、40%、50%等不同的含量，并通过数值仿真计算不同内部EGR率下HCNG发动机的燃烧和排放表现。
1.3边界条件
本文边界条件为：进气压力2.0bar，进气温度300K，换气时间为200度，排出气口处为大气环境压力。
2.研究结果
2.1燃烧特性
图1-5为不同内部EGR率下HCNG发动机燃烧特性的数值仿真结果。可以看出，当内部EGR率从0%增加到50%时，NOx排放明显降低，而HC和CO的排放则呈现出先升高后下降的趋势。同时，内部EGR率的增加也造成了缸内压力和温度的下降。此外，缸内流场也随之发生了变化，喷雾燃料在低温高压气体的作用下更容易与空气混合，燃烧效率得到提高。
2.2气体运动速度
图6显示了不同EGR率下气体流速的分布。可以看出，在进气道和进气歧管处，气体流速较小，而在缸内气道处则呈现出一个缸压波的形式。随着内部EGR的增加，这种波动趋势减弱。
2.3不稳定燃烧
当内部EGR率达到50%时，燃烧过程很容易变得不稳定。此时，由于氧气不足，燃烧会变得不完全，造成未燃烧的燃料在排气阀门处燃烧的过程中，发生爆炸现象，从而增加缸内压力和力矩，对发动机的安全性产生了一定的威胁。
3.结论
本文基于CFD仿真技术，研究了内部EGR对HCNG发动机燃烧和排放特性的影响。通过多组仿真结果的分析，得出如下结论：
1)内部EGR对HCNG发动机燃烧特性有着显著影响。当内部EGR率从0%增加到50%时，NOx排放明显降低，而HC和CO的排放呈现出先升高后下降的趋势。
2)内部EGR的应用，能够提高HCNG燃料在发动机中的燃烧效率，降低NOx排放，同时控制发动机的缸内压力，提高燃烧稳定性。
3)内部EGR率过高容易引起燃烧不稳定，造成缸内压力和力矩的增加，对发动机安全性产生一定的威胁。
本文的结果能够深入探究HCNG发动机内部EGR燃烧过程的特性，并为提高HCNG发动机的性能和降低排放提供了一定的参考和借鉴。