柴油机燃用正丁醇—柴油混合燃料的试验及数值模拟研究
本文关键词：柴油机燃用正丁醇—柴油混合燃料的试验及数值模拟研究
【摘要】：随着环境问题与能源危机的日益突出,发展代用燃料已经成为内燃机节能减排的有效途径之一。国内外的试验研究表明,正丁醇作为第二代生物燃料,可以显著降低柴油机碳烟的排放。本文主要通过发动机台架试验和数值模拟相结合的方式,研究不同比例的正丁醇和不同涡流比对发动机动力性、排放性和经济性的影响。互溶性试验表明:常温常压下,正丁醇和柴油在不添加任何助溶剂的条件下能迅速混合,且互溶性和稳定性都很好。B40(正丁醇体积比例40%)混合燃料静置7天不出现分层现象。燃烧性能试验表明:100%负荷工况下,B0~B30范围内,混合燃料的滞燃期逐渐延长,且缸内最大爆发压力逐渐升高。额定工况下,B40混合燃料的缸内最大爆发压力相对于纯柴油降低10.5%,功率降低,不能满足动力要求。排放性能试验表明:小负荷(10%,25%)时,混合燃料的碳烟和NO排放略低于纯柴油。中等负荷(50%)时,随着正丁醇比例的增加,混合燃料的碳烟排放逐渐降低,NO排放基本不变。大负荷(75%,100%)时,随着正丁醇比例的增加,NO排放升高,碳烟排放显著降低。相同负荷条件下,随着正丁醇比例的增加,HC排放先降低后升高。其中,B15混合燃料的HC排放最低。大负荷时,CO排放随着正丁醇比例的增加而逐渐降低,而中小负荷时,CO排放逐渐升高。经济性能试验表明:B5~B20混合燃料的燃油消耗率相对于纯柴油上升不明显。B30混合燃料的折合燃油消耗率相对于纯柴油最高上升4.7%,B40混合燃料上升幅度为23%。由于本试验发动机主要全负荷运行,因此B30为最优方案。数值模拟结果表明:纯柴油条件下,随着涡流比的增加,缸内平均压力峰值、缸内最高平均温度、累积放热量和NO排放都逐渐升高,而碳烟排放逐渐降低。B20条件下,随着涡流比的增加,缸内平均压力峰值、缸内平均温度逐渐升高,累积放热量和碳烟排放逐渐降低,NO排放呈先升高后降低的趋势。B30条件下,随着涡流比的增加,缸内平均压力峰值、缸内平均温度、NO排放呈先升高后降低的趋势,累积放热量和碳烟排放逐渐下降。数值模拟结果对比分析,从增强动力性和降低排放性的角度出发,当燃料为纯柴油时,SR1(涡流比为1)为最优方案;当燃料为B20和B30时,SR3.4为最优方案。
【关键词】：柴油机 正丁醇 燃烧 排放 涡流比
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK428.9
【目录】：
- 摘要5-6
- ABSTRACT6-11
- 第一章 绪论11-25
- 1.1 课题背景及研究意义11-13
- 1.2 柴油机主要排放物的危害及生成机理13-16
- 1.2.1 CO生成机理13-14
- 1.2.2 HC生成机理14
- 1.2.3 NO_x生成机理14-15
- 1.2.4 碳烟生成机理15-16
- 1.3 降低柴油机排放的主要方法16-20
- 1.3.1 机内净化技术16-18
- 1.3.2 后处理净化技术18-19
- 1.3.3 代用燃料19-20
- 1.4 正丁醇作为替代燃料的优点20-21
- 1.5 柴油-正丁醇混合燃料的国内外研究现状21-24
- 1.5.1 国内研究现状21-23
- 1.5.2 国外研究现状23-24
- 1.6 论文研究主要内容24-25
- 第二章 互溶性试验研究及台架试验介绍25-35
- 2.1 柴油-正丁醇混合燃料的掺烧方法25-26
- 2.2 柴油和正丁醇的互溶性试验研究26-27
- 2.2.1 试验仪器及步骤26
- 2.2.2 试验结果及分析26-27
- 2.3 台架试验装置27-32
- 2.3.1 试验发动机28-29
- 2.3.2 试验主要设备仪器29
- 2.3.3 燃烧数据采集系统29-30
- 2.3.4 排放分析系统30-32
- 2.4 参数定义32
- 2.4.1 正丁醇体积比例的定义32
- 2.4.2 折合燃油消耗率32
- 2.5 试验方案与研究方法32-34
- 2.5.1 试验方案32-33
- 2.5.2 研究方法33-34
- 2.6 本章小结34-35
- 第三章 掺混比对正丁醇-柴油混合燃料性能影响的试验研究35-45
- 3.1 掺混比对正丁醇-柴油混合燃料燃烧性能影响的试验结果35-37
- 3.1.1 缸内燃烧压力结果分析35-36
- 3.1.2 缸内燃烧放热率结果分析36-37
- 3.2 掺混比对正丁醇-柴油混合燃料排放性能影响试验结果37-42
- 3.2.1 NO排放结果分析37-39
- 3.2.2 碳烟排放结果分析39-40
- 3.2.3 HC排放结果分析40-41
- 3.2.4 CO排放结果分析41-42
- 3.3 掺混比对正丁醇-柴油混合燃料经济性能影响试验结果42-44
- 3.4 本章小结44-45
- 第四章 涡流比对正丁醇-柴油混合燃料性能影响的数值模拟研究45-59
- 4.1 正丁醇-柴油混合燃料CFD模型建立及验证45-49
- 4.1.1 软件介绍45-46
- 4.1.2 网格划分46-47
- 4.1.3 缸内初始条件的设定47
- 4.1.4 时间步长设定47-48
- 4.1.5 计算模型选择48
- 4.1.6 模型验证48-49
- 4.2 涡流比对正丁醇-柴油混合燃料性能影响的数值模拟结果分析49-58
- 4.2.1 缸内燃烧压力结果分析50-51
- 4.2.2 缸内平均温度结果分析51-52
- 4.2.3 缸内累积放热量结果分析52-53
- 4.2.4 NO结果分析53-54
- 4.2.5 Soot结果分析54-55
- 4.2.6 涡流比对正丁醇-柴油混合燃料燃空当量比的影响55-57
- 4.2.7 三种燃料不同涡流比下排放数据比较57-58
- 4.3 本章小结58-59
- 第五章 全文总结与展望59-61
- 5.1 全文总结59-60
- 5.2 工作展望60-61
- 参考文献61-65
- 致谢65-66
- 攻读硕士期间发表的学术论文66
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，本文编号：1012892
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