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| 編輯推薦： |
本书基于天然气作为发动机的代用燃料的巨大应用潜力；
2. 主要针对柴油机改装天然气发动机时遇到的问题进行介绍；
3. 采用试验与计算流体力学（CFD）研究相结合的方法；
4. 实用性较强，每一章在理论和方法介绍的同时，都还配有相应的案例分析；
5. 内容全面，从数值计算，到燃烧室、配气机构、进气道，再到具体的稀燃点燃式天然气发动机；
6. 图文并茂、数据翔实，书中配有彩色试验图片。
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| 內容簡介： |
天然气作为世界上继煤和石油之后的第三大能源，以其资源丰富、价格低廉及排放污染低的突出优点被认为是很有发展前途的发动机代用燃料。本著作主要以开发一款应用于城市公交客车的低排放中重型车用单一燃料天然气发动机为例，通过理论分析、数值计算与试验研究相结合的手段，对天然气发动机系统优化设计进行详细的研究分析。全书共分7章，内容包括天然气物性介绍及天然气发动机分类、数值计算模型及计算方法、燃烧室优化设计、配气机构的改进设计、进气道优化设计以及稀燃点燃式天然气发动机的案例分析。
本书可供高等院校机械、能源及动力等专业的本科生、研究生，相关领域研究人员和工程技术人员阅读和参考。
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| 目錄：
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第1章 绪论 / 1
1.1 天然气在能源结构中的地位和物化特性 2
1.1.1 天然气在能源结构中的地位 2
1.1.2 天然气的物化特性 2
1.2 天然气发动机的发展历程及前景 4
1.2.1 天然气发动机的发展历程 4
1.2.2 天然气发动机的发展前景 5
1.3 天然气发动机国内外研究状况 6
1.3.1 压缩天然气发动机的分类 6
1.3.2 两用燃料天然气发动机 7
1.3.3 双燃料天然气发动机 8
1.3.4 单燃料天然气发动机 10
1.3.5 天然气发动机稀燃技术 19
1.4 CFD在发动机研究中的应用 24
1.4.1 应用于内燃机工作过程的多维数值模拟软件 25
1.4.2 内燃机燃烧过程数值模拟研究 26
1.4.3 内燃机进气过程多维数值模拟研究 27
第2章 数值计算模型、计算方法与网格生成 / 30
2.1 湍流流动模型 31
2.1.1 流动控制方程 31
2.1.2 流动控制方程的时均化 32
2.1.3 湍流模型 34
2.2 化学反应动力学机理及燃烧模型 36
2.2.1 化学反应动力学机理及天然气的化学反应动力学过程 36
2.2.2 涡破碎模型 38
2.2.3 涡耗散模型 38
2.2.4 特征时间模型 39
2.2.5 概率密度函数方法 39
2.2.6 湍流火焰速度封闭模型 40
2.2.7 相干火焰模型 40
2.3 排放模型 41
2.3.1 氮氧化物的生成机理 41
2.3.2 影响氮氧化物生成的主要因素 42
2.4 数值计算方法 43
2.4.1 有限容积法 43
2.4.2 任意拉格朗日法 44
2.5 网格生成 45
2.5.1 网格类型 45
2.5.2 网格生成过程与网格划分的要求 46
第3章 燃烧室优化设计及案例分析 / 47
3.1 燃烧室设计条件 47
3.1.1 原型发动机的主要参数 47
3.1.2 新开发天然气发动机的目标及要求 48
3.2 燃烧室结构优化设计 48
3.2.1 几何模型的建立 49
3.2.2 计算模型与计算网格的划分 49
3.2.3 计算对象结构参数及运行参数 50
3.2.4 模型可行性验证 51
3.2.5 天然气发动机的火花点火及火焰传播过程 52
3.2.6 燃烧室形状对燃烧过程的影响 54
3.2.7 火花塞位置对燃烧过程影响的数值计算 63
3.3 优化后燃烧室的试验验证及分析 67
3.3.1 试验装置与试验方法 67
3.3.2 不同燃烧室形状的燃烧特性分析 68
第4章 配气机构的改进设计及案例分析 / 71
4.1 配气机构设计原则及方法 71
4.2 配气相位及凸轮型线的设计 72
4.2.1 配气相位的设计 72
4.2.2 凸轮型线的设计 72
4.3 配气机构设计方案的评价及选择 75
4.3.1 一维计算模型的建立 76
4.3.2 计算模型验证 76
4.3.3 不同计算方案的评价及选择分析 76
4.4 配气机构对燃烧过程的影响研究 79
4.4.1 燃烧特性分析 81
4.4.2 排放分析 87
第5章 进气道的优化设计及案例分析 / 91
5.1 进气道的流通特性及相关参数 91
5.1.1 进气道的流通特性评价参数 91
5.1.2 进气道调整结构参数的确定 92
5.2 原机进气道CFD分析研究 93
5.2.1 几何建模 94
5.2.2 网格生成 94
5.2.3 计算模型与边界设置 95
5.2.4 计算结果及分析 96
5.3 不同气道形状CAD设计及CFD计算 101
5.3.1 不同气道形状的设计 101
5.3.2 不同气道形状的稳态计算结果及分析 102
5.4 气道形状对缸内气体流动与燃烧过程影响的研究 107
5.4.1 计算模型及边界条件 107
5.4.2 气道形状对进气和燃烧过程影响的研究 108
5.5 安装不同缸盖时的外特性试验研究 118
第6章 优化设计案例：稀燃点燃式天然气发动机 / 121
6.1 空燃比与点火系统控制研究 121
6.1.1 火花点火发动机控制系统的工作原理 121
6.1.2 空气流量的计算与控制 121
6.1.3 燃料流量的计算与控制 122
6.1.4 空燃比控制分类 123
6.1.5 空燃比控制的实施 124
6.1.6 点火控制策略的研究与设计 125
6.1.7 点燃式天然气发动机的控制系统 126
6.2 运行参数对稀燃天然气发动机性能的影响 127
6.2.1 点火提前角和过量空气系数对燃烧过程的影响 127
6.2.2 点火提前角和过量空气系数对排温的影响 133
6.2.3 点火提前角与过量空气系数对发动机动力性、经济性和排放的影响 134
6.3 发动机的ETC试验 136
6.3.1 排放法规 136
6.3.2 试验原理 137
6.3.3 试验方法及过程 137
6.3.4 试验结果 138
第7章 总结及展望 / 141
7.1 本书的主要工作 141
7.2 工作展望 143
参考文献 / 144
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| 內容試閱：
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环境污染和石油资源短缺是21世纪人类面临的两大主要问题，也是汽车工业实现可持续发展之路所面临的主要问题，因此开发清洁的代用燃料成为汽车工业的重要研究课题。
随着全球范围内汽车保有量的增加，汽车的有害排放给人类及其生存的环境造成了严重的危害。汽车尾气排出的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）和微粒成为大气污染的主要污染源之一，对人体和动植物造成相当大的危害。统计资料表明，在西方工业发达的大中城市的大气污染中，约54%的CO、41%的氮氧化合物、28%的碳氢化合物来自汽车尾气。在我国许多城市，汽车尾气已经成为大气污染的首要污染源。研究表明，广州市空气污染的主要污染来源是：机动车尾气占22%、工业污染源占20.4%、建筑工地扬尘污染占19.2%，汽车尾气被市民评为“不可忍受的污染物”。在北京地区，机动车尾气对地区的污染中，CO、NO和HC的分担率分别为86%、96%、56%。因此，降低汽车尾气排放成为内燃机工作者所面临的严峻问题。
自20世纪70年代世界石油危机以来，石油资源短缺已成为各国政府关注的主要问题。作为世界上的发展中国家，我国能源问题更加严峻。从1993年起，我国由一个石油出口国变为石油净进口国，对进口石油的依存度已由1995年的6.6%上升为目前的70%以上。2003年，我国成为世界上仅次于美国的第二大石油消费国，石油的依赖率达30%。2005年，石油消耗量为3亿吨，比2004年增长2.1%。预计至2030年，中国石油需求将增长一倍，达到1530万桶/日，年均需求增长3.4%。这极大地加剧了我国的能源供应紧张局面，也对国家的能源安全提出了挑战。
为改善汽车尾气排放和解决能源紧张问题，在不断制定越来越严格的排放法规的同时，世界各国纷纷开始寻求新的清洁的发动机代用燃料，先后开发出了压缩天然气（CNG）、液化石油气（LPG）、甲醇、乙醇、二甲醚（DME）发动机，以及混合动力汽车、电动汽车等新能源汽车。天然气是世界上继煤和石油之后的第三大能源，以其资源丰富、价格低廉、排放污染低的突出优点备受青睐，许多专家和学者指出，天然气将成为21世纪有实用前景的汽车发动机代用燃料。
基于天然气作为发动机代用燃料的巨大应用潜力，作者以其多年来对天然气发动机系统优化和工作过程的研究为基础，撰写了本书。本书主要针对柴油机改装天然气发动机时遇到的问题，应用试验与CFD（Computational Fluid Dynamics）研究相结合的方法，结合实际案例进行研究分析。首先，对天然气发动机研究现状、数值计算模型及计算方法进行了叙述；接下来以一款具体发动机为例，对发动机燃烧室形状进行优化改进设计，并针对燃烧室中置与偏置的方案进行了探讨；针对排放过高的问题，对天然气发动机配气机构进行了改进设计，并将优化方案与原机方案一起在发动机台架上进行对比试验，研究了配气相位对燃烧和排放的影响；为保证火核稳定点火，促进火焰向外传播，在原进气道基础上对发动机的螺旋进气道进行了改进设计，并分别对缸内气体进行了稳态和瞬态数值模拟计算；后，以稀薄燃烧（简称稀燃）点燃式天然气发动机为示例，对天然气发动机进行整机性能试验，研究安装优化设计后的燃烧系统，分析点火提前角和过量空气系数对燃烧过程的影响，探求天然气发动机在不同工况下的稀燃极限，并对该天然气发动机进行ETC排放试验。
本书是以作者在天津大学读研期间及毕业后的大量工作积累为基础撰写的，在此感谢天津大学提供了良好的研究环境，感谢东风南充汽车公司给予的试验支持及技术合作，感谢硕士及博士就读期间导师的潜心指导及课题组同学们的帮助，感谢AVL公司在软件方面给予的支持与协助，感谢北华航天工业学院的大力支持。
由于作者水平有限，疏漏之处敬请读者批评指正。
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