第1章 緒論 / 1
　1.1 天然氣在能源結(jié)構(gòu)中的地位和物化特性 2
　　1.1.1 天然氣在能源結(jié)構(gòu)中的地位 2
　　1.1.2 天然氣的物化特性 2
　1.2 天然氣發(fā)動機(jī)的發(fā)展歷程及前景 4
　　1.2.1 天然氣發(fā)動機(jī)的發(fā)展歷程 4
　　1.2.2 天然氣發(fā)動機(jī)的發(fā)展前景 5
　1.3 天然氣發(fā)動機(jī)國內(nèi)外研究狀況 6
　　1.3.1 壓縮天然氣發(fā)動機(jī)的分類 6
　　1.3.2 兩用燃料天然氣發(fā)動機(jī) 7
　　1.3.3 雙燃料天然氣發(fā)動機(jī) 8
　　1.3.4 單燃料天然氣發(fā)動機(jī) 10
　　1.3.5 天然氣發(fā)動機(jī)稀燃技術(shù) 19
　1.4 CFD在發(fā)動機(jī)研究中的應(yīng)用 24
　　1.4.1 應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)工作過程的多維數(shù)值模擬軟件 25
　　1.4.2 內(nèi)燃機(jī)燃燒過程數(shù)值模擬研究 26
　　1.4.3 內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣過程多維數(shù)值模擬研究 27

第2章 數(shù)值計算模型、計算方法與網(wǎng)格生成 / 30
　2.1 湍流流動模型 31
　　2.1.1 流動控制方程 31
　　2.1.2 流動控制方程的時均化 32
　　2.1.3 湍流模型 34
　2.2 化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)機(jī)理及燃燒模型 36
　　2.2.1 化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)機(jī)理及天然氣的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)過程 36
　　2.2.2 渦破碎模型 38
　　2.2.3 渦耗散模型 38
　　2.2.4 特征時間模型 39
　　2.2.5 概率密度函數(shù)方法 39
　　2.2.6 湍流火焰速度封閉模型 40
　　2.2.7 相干火焰模型 40
　2.3 排放模型 41
　　2.3.1 氮氧化物的生成機(jī)理 41
　　2.3.2 影響氮氧化物生成的主要因素 42
　2.4 數(shù)值計算方法 43
　　2.4.1 有限容積法 43
　　2.4.2 任意拉格朗日法 44
　2.5 網(wǎng)格生成 45
　　2.5.1 網(wǎng)格類型 45
　　2.5.2 網(wǎng)格生成過程與網(wǎng)格劃分的要求 46

第3章 燃燒室優(yōu)化設(shè)計及案例分析 / 47
　3.1 燃燒室設(shè)計條件 47
　　3.1.1 原型發(fā)動機(jī)的主要參數(shù) 47
　　3.1.2 新開發(fā)天然氣發(fā)動機(jī)的目標(biāo)及要求 48
　3.2 燃燒室結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 48
　　3.2.1 幾何模型的建立 49
　　3.2.2 計算模型與計算網(wǎng)格的劃分 49
　　3.2.3 計算對象結(jié)構(gòu)參數(shù)及運行參數(shù) 50
　　3.2.4 模型可行性驗證 51
　　3.2.5 天然氣發(fā)動機(jī)的火花點火及火焰?zhèn)鞑ミ^程 52
　　3.2.6 燃燒室形狀對燃燒過程的影響 54
　　3.2.7 火花塞位置對燃燒過程影響的數(shù)值計算 63
　3.3 優(yōu)化后燃燒室的試驗驗證及分析 67
　　3.3.1 試驗裝置與試驗方法 67
　　3.3.2 不同燃燒室形狀的燃燒特性分析 68

第4章 配氣機(jī)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計及案例分析 / 71
　4.1 配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計原則及方法 71
　4.2 配氣相位及凸輪型線的設(shè)計 72
　　4.2.1 配氣相位的設(shè)計 72
　　4.2.2 凸輪型線的設(shè)計 72
　4.3 配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計方案的評價及選擇 75
　　4.3.1 一維計算模型的建立 76
　　4.3.2 計算模型驗證 76
　　4.3.3 不同計算方案的評價及選擇分析 76
　4.4 配氣機(jī)構(gòu)對燃燒過程的影響研究 79
　　4.4.1 燃燒特性分析 81
　　4.4.2 排放分析 87

第5章 進(jìn)氣道的優(yōu)化設(shè)計及案例分析 / 91
　5.1 進(jìn)氣道的流通特性及相關(guān)參數(shù) 91
　　5.1.1 進(jìn)氣道的流通特性評價參數(shù) 91
　　5.1.2 進(jìn)氣道調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 92
　5.2 原機(jī)進(jìn)氣道CFD分析研究 93
　　5.2.1 幾何建模 94
　　5.2.2 網(wǎng)格生成 94
　　5.2.3 計算模型與邊界設(shè)置 95
　　5.2.4 計算結(jié)果及分析 96
　5.3 不同氣道形狀CAD設(shè)計及CFD計算 101
　　5.3.1 不同氣道形狀的設(shè)計 101
　　5.3.2 不同氣道形狀的穩(wěn)態(tài)計算結(jié)果及分析 102
　5.4 氣道形狀對缸內(nèi)氣體流動與燃燒過程影響的研究 107
　　5.4.1 計算模型及邊界條件 107
　　5.4.2 氣道形狀對進(jìn)氣和燃燒過程影響的研究 108
　5.5 安裝不同缸蓋時的外特性試驗研究 118

第6章 優(yōu)化設(shè)計案例：稀燃點燃式天然氣發(fā)動機(jī) / 121
　6.1 空燃比與點火系統(tǒng)控制研究 121
　　6.1.1 火花點火發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理 121
　　6.1.2 空氣流量的計算與控制 121
　　6.1.3 燃料流量的計算與控制 122
　　6.1.4 空燃比控制分類 123
　　6.1.5 空燃比控制的實施 124
　　6.1.6 點火控制策略的研究與設(shè)計 125
　　6.1.7 點燃式天然氣發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng) 126
　6.2 運行參數(shù)對稀燃天然氣發(fā)動機(jī)性能的影響 127
　　6.2.1 點火提前角和過量空氣系數(shù)對燃燒過程的影響 127
　　6.2.2 點火提前角和過量空氣系數(shù)對排溫的影響 133
　　6.2.3 點火提前角與過量空氣系數(shù)對發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放的影響 134
　6.3 發(fā)動機(jī)的ETC試驗 136
　　6.3.1 排放法規(guī) 136
　　6.3.2 試驗原理 137
　　6.3.3 試驗方法及過程 137
　　6.3.4 試驗結(jié)果 138

第7章 總結(jié)及展望 / 141
　7.1 本書的主要工作 141
　7.2 工作展望 143

參考文獻(xiàn) / 144