掺烧不同比例二甲醚对柴油机燃烧和排放特性的影响
发布时间：2021-03-24 03:14
为研究不同比例的二甲醚/柴油混合燃料的燃烧性能与排放特性,以4190ZLC-2型船用中速柴油机为原型机,运用AVLFIRE仿真软件构建燃烧室高压循环模型,将仿真数据与台架试验的缸压曲线进行对比,验证模型的准确性。研究结果表明:经过双喷油孔的二甲醚（DME）进入缸内后,呈现明显的燃烧阶段DME低温燃烧和柴油扩散燃烧;随着DME掺烧比例的增大,缸内压力和温度峰值有增大趋势,对应的相位有所提前;在100%负荷工况下,NOX排放最终呈现先减小后增大的规律,而CO和碳烟排放呈现显著降低趋势。在反应过程中,掺烧DME缩短了滞燃期和燃烧持续时期,混合质量较柴油好,DME与柴油混合后有良好的雾化特性,可为后期的DME研究提供参考。
【文章来源】：船舶工程. 2020,42(10)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
1/8燃烧室三维网格模型
在额定工况下建立双喷油孔的模型，在其他条件不改变的情况下设置二甲醚（DME）的比例为0，对比全负荷工况下模型仿真柴油机的缸压曲线与原机台架实测的缸压曲线。之后不断调整相关参数，直至二者误差在5%以内，如图2所示，结果显示可用于仿真模拟研究。本文研究的是济南柴油机厂生产的4190ZLC-2型船用四冲程中速柴油机（带废气涡轮增压，具体参数见表1），将其改造成二甲醚-柴油双燃料发动机，在保留原机电控高压燃油喷射系统不变的基础上，二甲醚进气方式采用双喷油嘴混合进气。研究工况为额定工况100%负荷。DME的掺混比例为0%、10%、20%、30%、40%。DME的掺混比R是指在相同工况、输出功率下，部分柴油等热值替换成二甲醚后，二甲醚燃烧放出的热量与柴油和二甲醚总热量的比值，即：
图3为不同DME掺混比双燃料发动机的缸内压力曲线。由图3可知，随着DME掺混比的增大，缸内的最高爆发压力有所升高，压力峰值所对应的相位也有所提前，即：从纯油的额定工况下的10.6 MPa增大到40%掺混比下的11.2 MPa，约增加5.67%，其中的上止点后727.5°CA前移至上止点后724.7°CA，在706°CA后开始掺混DME的双燃料明显提前发生了燃烧。DME具有较高的十六烷值55CN～60CN，因此DME与柴油混合的雾化效果较好，导致发生HCCI燃烧[14]（均质压燃燃烧），提高了缸内的压力和温度，使柴油机滞燃期缩短，压力的峰值提前。由于HCCI燃烧的影响，在压缩阶段有一部分热量释放，且随二甲醚掺混的增加，使得缸内的最高爆发压力逐渐提高。随着DME掺混比不断增加，缸内燃烧提前，最高爆发压力所对应的相位也提前。但相对于传统的纯柴油压燃式发动机，二甲醚-柴油双燃料发动机在最高爆发压力处的变化较为平缓，持续时间较长，在允许的压力范围内提高了发动机的热效率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]LPG掺混比对DME-柴油预混压燃发动机性能影响的试验研究[J]. 赵玉伟,牛天林,程培源,汪映. 车用发动机. 2018(06)
[2]柴油机燃用二甲醚-柴油混合燃料燃烧特性的试验研究[J]. 李维,王孔波,王有名,南旭. 徐州工程学院学报(自然科学版). 2018(01)
[3]高速柴油机燃烧放热规律的建模与仿真[J]. 李洁月,秦彦斌,郭稚薇. 广东化工. 2018(05)
[4]柴油添加剂聚甲氧基二甲醚的合成研究现状[J]. 潘悦,苏蕾,雒康,晁伟辉,周林,陈立宇. 石油化工. 2017(04)
[5]甲醇制二甲醚固体酸催化剂的研究进展[J]. 栾海涛,张海燕,毕立娜,于水仙,宋士水. 炼油与化工. 2016(01)
[6]轻卡发动机燃用柴油/DME双燃料的改装与试验研究[J]. 方晓勤,游伏兵,韩丹. 武汉理工大学学报. 2012(08)
[7]车用燃料发展和研究现状及其未来展望[J]. 姚春德,许汉君. 汽车安全与节能学报. 2011(02)
博士论文
[1]醇醚双燃料压燃发动机的燃烧机理与排放特性研究[D]. 闫妍.华中科技大学 2011
硕士论文
[1]DME-PRF化学反应动力学简化机理的研究与应用[D]. 李秀兰.天津大学 2017
[2]DME/柴油混合燃料供给系统试验设计与研究[D]. 杨敬堡.武汉理工大学 2016
[3]国Ⅴ标准电控共轨二甲醚发动机燃烧与排放控制策略研究[D]. 杨武林.上海交通大学 2016
[4]电控共轨二甲醚发动机试验研究[D]. 刘宇.山东大学 2015
本文编号：3096949
【文章来源】：船舶工程. 2020,42(10)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
1/8燃烧室三维网格模型
在额定工况下建立双喷油孔的模型，在其他条件不改变的情况下设置二甲醚（DME）的比例为0，对比全负荷工况下模型仿真柴油机的缸压曲线与原机台架实测的缸压曲线。之后不断调整相关参数，直至二者误差在5%以内，如图2所示，结果显示可用于仿真模拟研究。本文研究的是济南柴油机厂生产的4190ZLC-2型船用四冲程中速柴油机（带废气涡轮增压，具体参数见表1），将其改造成二甲醚-柴油双燃料发动机，在保留原机电控高压燃油喷射系统不变的基础上，二甲醚进气方式采用双喷油嘴混合进气。研究工况为额定工况100%负荷。DME的掺混比例为0%、10%、20%、30%、40%。DME的掺混比R是指在相同工况、输出功率下，部分柴油等热值替换成二甲醚后，二甲醚燃烧放出的热量与柴油和二甲醚总热量的比值，即：
图3为不同DME掺混比双燃料发动机的缸内压力曲线。由图3可知，随着DME掺混比的增大，缸内的最高爆发压力有所升高，压力峰值所对应的相位也有所提前，即：从纯油的额定工况下的10.6 MPa增大到40%掺混比下的11.2 MPa，约增加5.67%，其中的上止点后727.5°CA前移至上止点后724.7°CA，在706°CA后开始掺混DME的双燃料明显提前发生了燃烧。DME具有较高的十六烷值55CN～60CN，因此DME与柴油混合的雾化效果较好，导致发生HCCI燃烧[14]（均质压燃燃烧），提高了缸内的压力和温度，使柴油机滞燃期缩短，压力的峰值提前。由于HCCI燃烧的影响，在压缩阶段有一部分热量释放，且随二甲醚掺混的增加，使得缸内的最高爆发压力逐渐提高。随着DME掺混比不断增加，缸内燃烧提前，最高爆发压力所对应的相位也提前。但相对于传统的纯柴油压燃式发动机，二甲醚-柴油双燃料发动机在最高爆发压力处的变化较为平缓，持续时间较长，在允许的压力范围内提高了发动机的热效率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]LPG掺混比对DME-柴油预混压燃发动机性能影响的试验研究[J]. 赵玉伟,牛天林,程培源,汪映. 车用发动机. 2018(06)
[2]柴油机燃用二甲醚-柴油混合燃料燃烧特性的试验研究[J]. 李维,王孔波,王有名,南旭. 徐州工程学院学报(自然科学版). 2018(01)
[3]高速柴油机燃烧放热规律的建模与仿真[J]. 李洁月,秦彦斌,郭稚薇. 广东化工. 2018(05)
[4]柴油添加剂聚甲氧基二甲醚的合成研究现状[J]. 潘悦,苏蕾,雒康,晁伟辉,周林,陈立宇. 石油化工. 2017(04)
[5]甲醇制二甲醚固体酸催化剂的研究进展[J]. 栾海涛,张海燕,毕立娜,于水仙,宋士水. 炼油与化工. 2016(01)
[6]轻卡发动机燃用柴油/DME双燃料的改装与试验研究[J]. 方晓勤,游伏兵,韩丹. 武汉理工大学学报. 2012(08)
[7]车用燃料发展和研究现状及其未来展望[J]. 姚春德,许汉君. 汽车安全与节能学报. 2011(02)
博士论文
[1]醇醚双燃料压燃发动机的燃烧机理与排放特性研究[D]. 闫妍.华中科技大学 2011
硕士论文
[1]DME-PRF化学反应动力学简化机理的研究与应用[D]. 李秀兰.天津大学 2017
[2]DME/柴油混合燃料供给系统试验设计与研究[D]. 杨敬堡.武汉理工大学 2016
[3]国Ⅴ标准电控共轨二甲醚发动机燃烧与排放控制策略研究[D]. 杨武林.上海交通大学 2016
[4]电控共轨二甲醚发动机试验研究[D]. 刘宇.山东大学 2015
本文编号：3096949
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