• ISSN 0258-2724
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适用于天然气发动机高EGR率的引射器仿真研究

王晓艳 康天钦 王培伦 贾德民 徐煜 赵建辉

王晓艳, 康天钦, 王培伦, 贾德民, 徐煜, 赵建辉. 适用于天然气发动机高EGR率的引射器仿真研究[J]. 西南交通大学学报, 2024, 59(2): 467-476. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210950
引用本文: 王晓艳, 康天钦, 王培伦, 贾德民, 徐煜, 赵建辉. 适用于天然气发动机高EGR率的引射器仿真研究[J]. 西南交通大学学报, 2024, 59(2): 467-476. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210950
WANG Xiaoyan, KANG Tianqin, WANG Peilun, JIA Demin, XU Yu, ZHAO Jianhui. Simulation Research on Ejector for Natural Gas Engine with High Exhaust Gas Recirculation Rate[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2024, 59(2): 467-476. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210950
Citation: WANG Xiaoyan, KANG Tianqin, WANG Peilun, JIA Demin, XU Yu, ZHAO Jianhui. Simulation Research on Ejector for Natural Gas Engine with High Exhaust Gas Recirculation Rate[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2024, 59(2): 467-476. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210950

适用于天然气发动机高EGR率的引射器仿真研究

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210950
详细信息
    作者简介:

    王晓艳(1986 —),女,工程师,研究方向为内燃机性能优化设计,E-mail:wxywh99432@163.com

    通讯作者:

    赵建辉(1981 —),男,副教授,研究方向为船舶燃料喷射技术,E-mail:zhao163.163@163.com

  • 中图分类号: TK401

Simulation Research on Ejector for Natural Gas Engine with High Exhaust Gas Recirculation Rate

  • 摘要:

    针对发动机抑制爆震的难题,提出采用无功耗的引射器实现天然气发动机高废气再循环(EGR)率的技术方案. 首先,完成设计工况下的引射器结构参数设计计算;然后,建立引射器仿真模型,并根据实验数据开展引射器计算模型的校核与验证;其次,对引射器引射性能随结构参数的改变进行分析,获取各结构参数对引射性能的影响规律;最后,提出了一种新的结构参数敏感性评价指标,研究了结构参数对引射性能的影响程度. 研究结果表明:随着混合段长度和扩压段长度的增加,引射系数(μ)会随之增大;混合段直径(d3)、扩压段角度(θs)和喷嘴出口至混合段距离(LNXP)的增加会导致μ先增加后减小,μ的最大值分别出现在d3=46.1 mm、θs=4° 和LNXP=57.33 mm处;对μ影响最大的结构参数为d3,对应的敏感性指标为0.88,而LNXPμ的影响程度最小,敏感性指标为0.05.

     

  • 图 1  基于引射器的发动机高EGR技术方案

    Figure 1.  Technical scheme for realizing natural gas engine with high EGR rate based on ejector

    图 2  引射器结构示意

    Figure 2.  Ejector structure

    图 3  引射器喷嘴自由流束的2种情况

    Figure 3.  Two cases of free stream at ejector nozzle

    图 4  设计出的引射器三维模型装配图

    Figure 4.  3D model assembly drawing of designed ejector

    图 5  网格示意

    Figure 5.  Ejector grid

    图 6  不同网格数下引射系数的变化

    Figure 6.  Variation of ejector coefficient under different grids

    图 7  流量计算结果与实验数据的对比

    Figure 7.  Comparison of flow calculation results with experimental data

    图 8  LK对引射系数的影响

    Figure 8.  Influence of LK on ejector coefficient

    图 9  不同LK下引射器CO2浓度和压力分布云图

    Figure 9.  Contours of CO2 concentration and pressure of ejector under different LK

    图 10  d3对引射系数的影响

    Figure 10.  Influence of d3 on ejector coefficient

    图 11  LNXP对引射系数的影响

    Figure 11.  Influence of LNXP on ejector coefficient

    图 12  θs对引射系数的影响

    Figure 12.  Influence of θs on ejector coefficient

    图 13  LS对引射系数的影响

    Figure 13.  Influence of LS on ejector coefficient

    图 14  采用S评价指标得到的结构参数敏感性

    Figure 14.  Sensitivity of structural parameters obtained by S evaluation index

    图 15  SA指标计算结果

    Figure 15.  Calculation results of SA evaluation index

    表  1  引射器结构示意图符号含义

    Table  1.   Symbolic meaning of ejector structure

    变量含义
    dp/mm喷嘴入口直径
    dp*/mm喷嘴临界直径
    dp1/mm喷嘴出口直径
    dh/mm引射气体入口直径
    d3/mm混合段直径
    dc/mm扩压段出口直径
    L0/mm喷嘴入口段长度
    L1/mm喷嘴收缩段长度
    Lt/mm喷嘴喉部长度
    L2/mm喷嘴扩张段长度
    LK/mm混合段长度
    LS/mm扩压段长度
    α/(°)喷嘴收缩角
    β/(°)喷嘴扩散角
    γ/(°)接收段夹角
    θs/(°)扩压段扩散角
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    表  2  Nikiforow的引射器实验数据

    Table  2.   Experimental data of Nikiforow’s ejector

    组别Pp/MPaPs/MPaGp/(g·ms−1Gs/(g·ms−1
    12.000.0851130.7040.2
    22.000.90001.75176.3
    32.000.95002.00272.1
    42.000.09752.50337.9
    50.200.09993.01389.0
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    表  3  几何参数取值范围

    Table  3.   Geometric parameter value range

    项目 LK/mm d3/mm LNXP/mm θd/(°) LS/mm
    基准值 264.6 44.1 57.33 8 315
    取值范围 44.1~441.0 38.1~50.1 30.87~83.79 2~14 240~390
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-23
  • 修回日期:  2022-03-24
  • 网络出版日期:  2023-09-28
  • 刊出日期:  2022-03-31

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