煤层气发动机燃烧模拟与特性分析

    0 前言

    众所周知，占我国能源消耗最大比重的常规燃 料煤炭和石油，其燃烧之后产生的污染相当严重。 对比常规能源，煤层气的杂质含量最低，在燃烧过 后广生最少的S0](和N0X，因而它是是一种相当清洁 的燃料。因此加大对煤层气这一清洁能源的推广对 于降低高污染燃料的使用有重要意义。

    在目前的情况下，煤层气是较为现实的代用燃 料之一，发展仅次于常规天然气的开发，前景非常 可观。主要表现在一方面煤层气在我国领土范围内 储量巨大，且大多属于在煤炭开采过程中可进行附 属开采，无需特意去勘探；另一方面国家在节能减排上的高压政策

    使全民对能源环境方面的持续关切，煤层气的 开发也得到了大量的政策支持。

    1 计算模型的建立

    1.1 混合气体流动模型

    混合气体流动模型基本控制方程由质量守恒 方程、能量守恒方程和动量守恒组成（由于受篇幅 的限制，本文对各相关方程不做详细展开）。

    质量守恒方程：作为清洁能源的煤层气，它也适用于内燃机的 燃烧，因此，煤层气发动机的研究与应用已日益受 到研究者的重视。虽然迄今为止对煤层气燃烧特性 的研究已取得较多的研究成果[1%]，但对煤层气燃烧机理认识及燃烧过程的掌握和控制仍十分有限， 还有待更深入细致的研究。因此，为了更好地掌握 煤层气的燃烧机理和掌握发动机燃用煤层气的燃烧 特性，并为煤层气发动机的设计和开发提供理论依 据，本文通过建模仿真的方法，就发动机怎样合理有 效燃烧煤层气的问题进行建模和燃烧特性研究。

    1.2 湍流控制方程

    对于发动机的缸内情况而言，所有四个循环都 伴随着剧烈且复杂的揣流运动，缸内的各类流场以 及燃烧特性等在很大程度上均受到湍流的影响。因 此，想要较为客观精确地模拟和分析发动机的缸内 燃烧，必须针对缸内的湍流有正确的认识并做出相 应的细致表述。

    本文研究使用的A;-S模型是由AVL公司给出 的高雷诺数双方程模型。在A：-S双方程模型 中，为了让控制方程组封闭，引入了湍流脉动动能 产生率/c及耗散率S两个方程。该模型的特点是稳 定、成熟且完善，在现阶段的研究中应用非常广泛。 高雷诺数/c-e双方程模型表达式如下：（表1为A;- S模型中常数的取值表）

    1.3 燃烧模型