近年来,随着能源紧缺,环境问题加剧,煤层气爆炸事故的频发,新型替代能源煤层气的合理利用对人类的发展越来越重要。较高浓度(30%以上)煤层气的利用技术已经趋于成熟,根据现行法规《煤矿安全规程》,对煤层气进行利用时,浓度不得低于30%[1],所以浓度小于30%的煤层气大部分直接排空,给环境带来极大的破坏。煤层气发电是低浓度煤层气利用的重要途径之一,但由于气体组分变化较大,在发动机应用上较为困难,应用于发动机发电的只占很少一部分。在此背景下,本文对淄柴8300低浓度煤层气发动机的燃烧特性和整机性能进行了理论研究。基于GT-power软件,应用准维双区燃烧模型SI-Turb和Two-Weibe,建立了发动机的整机模型。在该模型基础上,根据低浓度煤层气燃料的特点,研究了发动机参数点火系统、过量空气系数、燃气组分等对煤层气发动机整机性能(动力性、经济性、排放性)和燃烧特性(火焰传播速度、燃烧率、火焰半径发展、热释放速率、缸内压力、温度)的影响规律。研究结果表明:一、在相同工况下,随点火提前角的增大,火焰传播速度、燃烧率、缸内压力、缸内温度增大,燃烧持续期缩短,NOx排放值增加,CO排放值降低,NOx排放值明显大于CO。点火提前角较小时,发动机后燃现象严重,燃烧持续期增长,膨胀下行阶段继续燃烧,动力性下降。点火提前角过大或过小都会降低发动机的性能。在点火提前角为25CAD时,发动机的经济性和动力性达到最佳值。二、在相同工况下,随火花塞间隙(0.4mm-0.6mm)的增大,火焰初始速度增大。在火花塞间隙为1mm时,发动机的动力性最高。三、在相同工况下,随过量空气系数的增加,缸内燃料的火焰传播速度先增大后减少,在化学计量比时,燃烧持续期最短,动力性最高。过量空气系数为1.25时,发动机的经济性最好。四、煤层气组分中的惰性气体[2]对煤层气发动机的影响较大。随惰性气体含量的增加,火焰传播速度降低,燃烧持续期增长,动力性下降。模拟结果显示可相应调节发动机参数,来改善发动机的性能。二氧化碳对发动机的影响大于氮气。随着重烃含量的增加,火焰传播速度加快,且到达峰值的时间提前,燃烧持续期缩短,缸内温度降低。