燃烧模式对天然气-柴油双燃料压燃式发动机多特性影响的数值研究

为应对传统柴油机高污染问题，研究人员通过ANSYS Forte 19.2软件模拟不同燃烧边界下天然气-柴油双燃料发动机的燃烧特性，发现h、m、n三种燃烧模式中n模式NOx和CO2 排放最低，但CO较高，为清洁发动机设计提供理论依据。

　　

在全球能源安全与环境可持续性压力下，传统柴油机因高排放（CO₂
、NOx、PM_2.5
等）和化石燃料枯竭问题面临严峻挑战。尽管电动汽车兴起，但其在长途运输和重载领域的局限性使柴油机仍不可替代。天然气(NG)因其高甲烷含量（96%~98%）和清洁燃烧特性成为理想替代燃料，与柴油组成双燃料系统可显著降低污染物排放。然而，不同燃烧边界对双燃料发动机性能的影响机制尚不明确，亟需通过数值模拟揭示优化路径。

为此，Khulna University of Engineering and Technology的研究团队采用ANSYS Forte 19.2软件对低负荷工况下柴油-NG双燃料压燃式(CI)发动机进行CFD（计算流体力学）模拟，通过物种守恒方程、能量方程和动量方程分析燃烧动力学，重点考察三种燃烧模式（h、m、n）的排放特性与燃烧参数。

关键方法
研究通过CFD软件设定多组燃烧边界条件，追踪温度场、当量比分布及污染物（CO、NOx）生成过程，结合热释放率(HRR)曲线形态划分燃烧模式。可视化工具呈现h模式的缸内燃烧动态，量化不同模式的点火延迟期、燃烧持续期及排放差异。

研究结果

1. 燃烧模式识别：HRR曲线形态将燃烧分为h（短点火延迟）、m（中等特性）、n（长点火延迟）模式，分别对应字母形状特征。
2. 排放特性：m模式NOx和CO₂
   排放最高（高温高压所致），n模式最低；但n模式CO排放反增，呈现“减排矛盾”。
3. 燃烧参数：h模式燃烧持续期最长，n模式最短；n模式燃烧启动最早，h模式最晚，显示边界条件对反应动力学的显著调控作用。

结论与意义
该研究首次系统揭示柴油-NG双燃料发动机在低负荷下的多模式燃烧机制，证实n模式能协同降低NOx和CO₂
（尽管CO略增），为优化燃烧边界提供精准靶点。成果发表于《Next Research》，对开发符合严苛排放法规的清洁发动机具有指导价值，未来需结合高负荷工况验证其工程适用性。