甲醇-柴油混合燃料燃烧过程数值模拟分析

发布时间：2017-12-12 13:08

本文关键词：甲醇-柴油混合燃料燃烧过程数值模拟分析

【摘要】：节能、减排是内燃机研究的永久性课题。替代燃料是解决这两个问题最有效的手段之一,其中甲醇是一种非常好的替代燃料,不仅来源广泛,还能促进柴油的完全燃烧,降低排放,是当前替代燃料的研究热点之一。内燃机性能的好坏主要由缸内燃烧过程控制,本文选用乳化法对柴油甲醇进行混合,通过对甲醇-柴油混合燃料发动机的燃烧过程进行数值模拟研究,探究替代能源甲醇的性能。本文以WD615系列柴油机为研究对象,基于AVL FIRE燃烧仿真软件,配制甲醇体积分数为5%(M5)、10%(M10)、15%(M15)的甲醇-柴油混合燃料,分别分析等循环喷射质量和等燃料低热值时,缸内压力、温度、排放物浓度的变化,通过与原机进行对比研究得出:(一)循环喷油质量一定时,由于甲醇的低热值略低于柴油的1/2,随着甲醇比例的增加,缸内最大爆发压力减小,但峰值均出现在367°CA附近,缸内温度略有降低。柴油中添加甲醇燃料后使柴油机的动力性有所下降,但甲醇燃烧速度快,燃烧持续期缩短,放出的废气余热量减少,热效率提高,改善了柴油机的经济性。由于甲醇的汽化热大,缸内的混合气温度降低,致使随着添加甲醇比例的增大,氮氧化物的排放降低。添加甲醇后,在滞燃期延长和甲醇燃烧速度快两个因素共同作用下,使得当添加甲醇比例大于5%时,碳烟排放减小,燃用M10和M15混合燃料碳烟排放与燃用柴油相比,分别降低了6.9%和17.7%,而燃用M5时,碳烟排放几乎持平。(二)燃料低热值一定时,随着甲醇比例的增加,循环喷油量增加,喷油提前,缸内最大爆发压力升高,温度降低,氮氧化物和碳烟排放量都有所降低。不同进气压力、进气温度和喷油正时对其影响分析如下:(1)进气压力和温度影响着柴油机的进气量和滞燃期长短,进气温度不变,进气压力增大时,过量空气系数a?增大,滞燃期缩短,缸内压力和压力升高率增大,缸内平均温度下降,氮氧化物和碳烟排放减小;进气压力不变,进气温度升高时,缸内燃烧温度升高,缸内压力下降,氮氧化物和碳烟排放都有所增加。(2)喷油提前角过大或过小都影响着柴油机燃烧过程和性能,增大喷油提前角,燃烧始点提前,缸内压力和压力升高率增大,温度升高,缸内氮氧化物的排放增加,但碳烟排放受喷油正时的影响规律不定,因此,在发动机实际工作过程中,需根据具体情况确定合适的喷油提前角。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK421

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