В данной работе с помощью программы моделирования CONVERGE мы смоделировали двухтопливный двигатель дизель-природный газ, сравнили и проанализировали влияние на характеристики сгорания и выбросов двигателя при 50%, 60%, 70%, 80% и 90% степени замены природного газа, и получили схему оптимизации. Имитационное моделирование проводится для дизельного двигателя D500, включая создание геометрической модели, разделение сетки, настройку параметров расчета и т.д. В сочетании с данными 1D моделирования, полученными с помощью программного обеспечения RP-TOX, завершается калибровка результатов моделирования и независимый от сетки анализ, а также проверяется достоверность модели. В то же время, анализируются и обобщаются различные физические характеристики процесса сгорания, такие как давление в цилиндре, температура, поле потока, распределение концентрации топлива, а также причины и выбросы основных вредных веществ, таких как сажа, NOx, HC, CO и CO2. Показано, что увеличение степени замещения природного газа оказывает сначала улучшающее, а затем ухудшающее воздействие на сгорание внутри цилиндра, и после всестороннего рассмотрения сделан вывод, что при степени замещения природного газа 80% можно не только значительно заменить дизельное топливо, но и сохранить уровень мощности, аналогичный исходному двигателю, оптимизировав характеристики.

In this work, we use CONVERGE simulation software to simulate the diesel-natural gas dual-fuel engine operating process, and compare and analyse the effect on the combustion and emission characteristics of the engine at 50%, 60%, 70%, 80% and 90% of natural gas replacement rate, and obtain an optimisation solution. The simulation modeling of the D500 diesel engine is carried out, including the establishment of geometric model, mesh division, configuration of calculation parameters, etc. Combined with the 1D simulation data obtained from RP-TOX software, the calibration and mesh-independent analysis of the simulation results are completed, and the validity of the model is verified. At the same time, the multi-physical fields of the combustion process such as in-cylinder pressure, temperature, flow field and fuel concentration distribution, as well as the causes and emissions of major emissions such as SOOT, NOx, HC, CO and CO2, were analysed and summarised. The study shows that an increase in the natural gas substitution rate will have a first improvement and then deterioration effect on in-cylinder combustion. After a comprehensive consideration, it is concluded that a natural gas substitution rate of 80% will not only significantly replace diesel fuel, but also maintain a similar power level to the original engine, while optimising the emission performance.