船用柴油机的碳烟现象学数值模拟

发布时间：2020-10-18 04:02

　　 内燃机的排放问题一直以来是行业中关注的重点,国际上越来越多的组织提出了越发严格的法律法规来控制内燃机的排放。船用低速二冲程柴油机作为船舶的主要动力装置,IMO组织于2016年颁布Tier III法规对船用二冲程柴油机的排放做出了限制。颗粒物作为柴油机的主要排放物得到了广泛的关注,越来越多用来描述碳烟颗粒形成过程的碳烟模型被提出。但是船机燃油目前以重硫柴油为主,由于其物理化学性质十分复杂、而且船机实验的成本高昂,而采用数值模拟计算研究精度高而成本低,据此,在本文中将使用数值模拟的方法计算船机的碳烟颗粒的排放情况。船用柴油的成分复杂且含硫量较高,目前世界上没有合适的描述船用柴油的化学动力学反应机理,因此在本文中进行模拟计算时使用正庚烷的反应机理来代替柴油。随着对碳烟颗粒形成机理的认识不断加深,学者们发现PAHs对碳烟颗粒的形成有很大影响。因此,在本文中构建了一个正庚烷-PAH化学反应动力学机理来模拟计算碳烟生成,并将该机理模拟得到的点火延迟时刻与LLNL机理和激波管实验数据进行对比。我们研究了不同的碳烟模型,包括经验模型、现象学模型和详细模型对碳烟排放的影响,发现详细模型和现象学模型的碳烟生成曲线趋势不相同,得到的碳烟质量是经验模型详细模型现象学模型。而数量密度曲线都是先增加后减少再趋于稳定的趋势。而经验模型所生成的碳烟质量只与缸内的压力和温度相关。然后研究了不同性质燃料和SOI对碳烟排放的影响,结果发现将燃油性质由C_7H_(16)改为DIESEL后,详细模型得到的碳烟质量大于现象学模型,数量密度增大,详细模型PSM的粒径分布结果发现生成的碳烟颗粒直径基本都在20nm以下,且平均碳烟直径有所增加。而改变SOI后,随着喷油时刻的推迟,压力和温度都有所下降,指示燃油消耗率提高而指示功率下降,NO_X和HC的排放逐渐减少,CO_2的排行逐渐增加,而Soot-Mass和碳烟数量密度逐渐增加。最后本文在研究UDF中DALIAN模型的基础上对碳烟不同生成过程的方程上做出了修改,研究改进后碳烟模型与原模型的碳烟排放对比,发现缸内压力、温度和主要产物基本没有变化,而乙炔和A_4的变化比较明显,最后得到的碳烟的质量和数量密度都有所减少。综上所述,本文对船用低速二冲程柴油机的碳烟排放用不同的碳烟模型进行了对比研究,研究了优化模型的方法,为建立船机碳烟生成机理奠定了基础,改善碳烟排放提供理论依据。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U664.121
【部分图文】：

柴油机颗粒物主要组分Figure1-1TheKeyComponentsinParticleMatter

图 1-2 柴油机颗粒物结构图Figure1-2 The Structure of Particle粒物本身的结构成分复杂的原因，想要精确计算算机的计算能力有极大的要求，这在现阶段的技

图 1-3 碳烟的生成过程[14]Figure1-3 The Formation Process of Soot为了进行碳烟的排放研究，目前主要分为两种方法，一种是实验研究，另外种就是数值模拟研究。实验研究是在试验台架上进行的，是进行理论研究的前
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本文编号：2845770