[发明专利]一种氢内燃机氢气射流分散及混合气体的方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及内燃机混合气体的方法，具体为一种氢内燃机氢气射流分散及混合气体的方法。

背景技术

氢气的绝热燃烧温度很高，氢燃料内燃机的缸内温度高于传统内燃机，在大负荷工况比传统内燃机容易产生更多的NO_X排放。研究表明，氢内燃机NO_X排放随当量燃空比急剧增大，表现出强烈的非线性关系。因而为满足排放要求，氢内燃机常采用较低的当量燃空比，在稀燃条件下工作，这也是氢内燃机的功率密度较低一个重要因素。

燃料和空气的混合过程直接影响着内燃机的燃烧性能及排放特性。氢气和空气的混合越均匀，越不易形成局部过浓的氢-空气混合气，产生的NO_X排放越低。在保证同样NO_X排放的基础上，可以采用更大的大量燃空比，提高氢气燃烧速度，提高热力循环等容度，获得较高的燃烧效率及功率密度。因而实现氢气和空气的均匀预混可以提高氢内燃机的动力性、燃料经济性和降低NOX排放。当前提高混合均匀性的方法主要有两种：其一，调整喷氢相位，增大氢空气的混合时间，获得更加均匀的混合气。但过早喷射容易引起氢气燃料的损失，由于配气相位的限制，喷氢提前量有限。其二，提高喷射压力，增大扩散速度，提高混合均匀性，但过高的喷射压力增大氢气在气瓶中的残留量，降低燃料利用率，因而喷射压力不能过高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种氢内燃机氢气射流分散及混合气体的方法，通过在气道内合理设置扰流快，分散氢气喷射射流，增大进气涡流，加快氢空气的混合速度，增大氢空气的混合均匀性，改善氢气的扩散效果，实现混合气的均匀混合。

本发明采用以下技术方案：

一种氢内燃机氢气射流分散及混合气体的方法，其中，采用如下步骤：

步骤一，确定混合气均匀性评价指标，采用缸内混合气不均匀系数n_index来评价缸内混合气的混合均匀性：

将气缸分成有限个体积单元，在单元小于一定尺度的时候，认为每个单元内的混合气完全均匀，以φ_i表示单元i的当量燃空比，V_i表示单元i的体积，V表示整个气缸的体积，φ_avg表示平均当量燃空比；则：

nindex=Σ|φi-φavg|ViΣφiVi---(1)]]>

φavg=ΣφiViV---(2)]]>

步骤二，建立进气道和气缸的CFD仿真模型，基于模型仿真确定扰流块的形状和位置；

基于具体的氢内燃机，建立包含进气管，扰流快，气门，气缸在内的三维实体模型，导入CFD仿真软件后生成三维网格；确定工况，计算氢空气混合气的气流运动和混合规律，得到扰流块外形参数对不均匀性的影响规律，确定扰流块外形和位置；