针对双燃料柴油发动机的优化合成气混合器设计：一种基于计算流体动力学（CFD）的方法来提升效率

《Canadian Journal of Chemical Engineering》：Optimized syngas mixer design for dual-fuel diesel engines: A CFD-driven approach to enhance efficiency

研究通过计算流体动力学模拟优化合成气混气器设计，对比五种几何结构（T型、扩展管、锥形管尖、侧孔设计），发现锥形管尖模型3的湍动能最高（21.25 m2/s2）和均匀性指数最优（0.9997），但压力损失最大（330 Pa）。模型4在均匀性（0.9989）和压力损失（287 Pa）间取得平衡，均优于传统压缩天然气混气器。

　　

摘要

双燃料柴油发动机使用合成气运行时的效率在很大程度上取决于空气-燃料混合物的质量。本研究采用计算流体动力学（CFD）方法对合成气混合器的设计进行了优化，旨在提高混合物的均匀性。系统评估了五种不同的混合器几何结构，包括基准T型接头、加长管道、锥形管道末端以及带有侧孔的设计。在ANSYS Fluent软件中，使用RNG k-ε湍流模型进行了模拟，分析了在2000转/分钟发动机转速下的压力分布、速度剖面、湍流动能（TKE）以及合成气质量分数均匀性指数（UI）。结果表明，几何结构对混合性能有显著影响。其中，采用锥形管道末端的模型3表现出最佳性能，其均匀性指数（UI）接近完美，达到0.9997。这种优异的均匀性得益于该设计能够产生最高的湍流动能（21.25 m2/s2），从而促进了有效的混合。然而，这种设计也导致了最大的压力损失（330 Pa）。模型4则提供了一种平衡的方案，具有较高的均匀性指数（0.9989）和较低的压力损失。所有评估的设计都优于传统的压缩天然气混合器，这突显了几何结构优化在合成气应用中的有效性。本研究为开发高效且可持续的双燃料发动机系统提供了可靠的设计路径。

利益冲突声明

作者声明没有其他利益冲突。