基于柴油机原排和再生的DPF碳载量估算模型研究
发布时间：2020-04-14 22:54
【摘要】：世界各国日益严格的排放法规不仅对柴油机颗粒物排放质量进行了严格的限制,也对颗粒物排放数量做出了一定的要求,颗粒物捕集器(DPF)成为目前已知的唯一的能使柴油机颗粒物排放满足未来排放法规的技术手段,DPF在应用过程中面临的最大的技术挑战是DPF再生控制,DPF必须在适当的碳载量下及时再生以保证DPF的安全可靠工作,并且在实际应用过程中DPF碳载量无法直接测量,只能通过间接手段对其进行预测。针对上述问题,本文以某增压柴油机为研究对象,通过发动机在实际运行过程中方便检测到的参数(转速、扭矩)进行碳载量预测,提供了一种建立DPF碳载量预测模型的新思路,本文主要通过三维模拟与理论分析相结合的方式,从柴油机soot生成、N02对soot的氧化、O2对soot的氧化三个方面展开本文的主要内容。本文首先根据柴油机实际工况参数构建三维仿真模型,并通过试验数据对仿真模型的准确性进行验证,通过对比发现柴油机缸压曲线、soot排放等数据的仿真结果与实际结果均具有较高的一致性,可以用于后续的研究。通过理论分析确定运行过程中发动机转速、扭矩是柴油机soot生成的主要影响因素,因此本文将柴油机转速、扭矩作为仿真变量分别计算不同转速、扭矩工况下柴油机soot生成质量,结果发现,柴油机soot排放随柴油机转速的增加呈现先降低后增加的变化趋势,随发动机负荷的增加而增加;在MATLAB中基于双调和样条差值方法建立了柴油机soot排放数学模型,该数学模型对于给定的转速和扭矩可自动计算柴油机的soot生成质量,通过试验验证发现基于双调和样条插值建立的soot排放模型能够很好地反映实际情况,平均误差为6.5%。本文根据化学反应过程及阿累尼乌斯公式分别建立了NO2氧化DPF碳载量的数学公式和O2氧化DPF碳载量的数学公式,并根据台架试验数据分别对公式进行试验验证,发现NO2氧化DPF碳载量数学模型的平均误差为6.5%,O2氧化DPF碳载量数学模型的平均误差为7.2%,表明这两个数学模型的准确度较高,能够很好地反应实际情况。最后,通过试验数据对DPF碳载量整体模型进行验证,得到各工况下soot净累积量的平均误差为9.0%,表明本文所建立的DPF碳载量模型能够较为准确地反映实际情况。
【图文】：
逦聚集物逡逑图１－６碳烟的生成过程逡逑图１－邋５描述的是柴油机喷射燃烧过程中的准稳态模型，该过程发生在自燃与逡逑燃油喷射结束之间。在准稳态期间，在没有与气缸壁相互作用的情况下，喷射继逡逑续穿透燃烧室，射流的特征基本不变；高压液体燃料从喷嘴喷出进入燃烧室，在逡逑下游位置空气被卷吸进入油束，热空气提供足够的热能使燃料蒸发，燃油裂解形逡逑成碳烟前驱物；当燃烧继续进行在油束外围形成一个２７００Ｋ左右的火焰前锋，逡逑碳烟在此区域被氧化。逡逑ｃ逦１■晒．丨，￣二，Ｊ逦｜逡逑0邋１0逡逑Ｓｃａｌｅ邋＾ｍｍ）逡逑■Ｂｉ邋Ｌｉｑｕｉｄ邋ｆｏｄ逦Ｆｕｅｌ－Ｒｉｃｈ邋Ｐｒｅｍｉｉｔｅｄ邋Ｆｌａｍｅ逡逑ＥＺＺｊ邋Ｖａｐｏｒ－Ｆｕｅｌ／Ａｉｆ邋Ｍｉｘｉｕｒｅ逦Ｂ８邋ｉｍｔｗｌ邋Ｓｏｏｔ邋Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ逡逑（ｅｑｕｒｖａｌｅｎｃｅ邋ｒａｔｉｏ邋２邋－邋４１逦Ｔｈｅｒｍａｌ邋ＮＯ邋Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋Ｚｏｒ＾逡逑—咖悐，逦ｇｇｇ邋Ｓ00ｔ邋Ｏｐｔｉｏｎ邋Ｚ0ｎｅ逡逑ｗｍｉｎｎ邋Ｋ．ｇｈ逡逑Ｓｏｏｔ邋Ｃ0ｒｔｃｅｎｔｒａｔ？0ｎ逡逑图１－７燃油喷射准稳态模型逡逑在封闭反应器里使用详细的碳烟生成和氧化机理模拟缸内碳烟生成量随温逡逑度和当量比的变化关系，碳烟的净生成量是开始模拟２ｍｓ后测得的量，得到关逡逑系图如下所示。可以发现
逦初子逦聚集物逡逑图１－６碳烟的生成过程逡逑图１－邋５描述的是柴油机喷射燃烧过程中的准稳态模型，该过程发生在自燃与逡逑燃油喷射结束之间。在准稳态期间，在没有与气缸壁相互作用的情况下，喷射继逡逑续穿透燃烧室，射流的特征基本不变；高压液体燃料从喷嘴喷出进入燃烧室，，在逡逑下游位置空气被卷吸进入油束，热空气提供足够的热能使燃料蒸发，燃油裂解形逡逑成碳烟前驱物；当燃烧继续进行在油束外围形成一个２７００Ｋ左右的火焰前锋，逡逑碳烟在此区域被氧化。逡逑ｃ逦１■晒．丨，￣二，Ｊ逦｜逡逑0邋１0逡逑Ｓｃａｌｅ邋＾ｍｍ）逡逑■Ｂｉ邋Ｌｉｑｕｉｄ邋ｆｏｄ逦Ｆｕｅｌ－Ｒｉｃｈ邋Ｐｒｅｍｉｉｔｅｄ邋Ｆｌａｍｅ逡逑ＥＺＺｊ邋Ｖａｐｏｒ－Ｆｕｅｌ／Ａｉｆ邋Ｍｉｘｉｕｒｅ逦Ｂ８邋ｉｍｔｗｌ邋Ｓｏｏｔ邋Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ逡逑（ｅｑｕｒｖａｌｅｎｃｅ邋ｒａｔｉｏ邋２邋－邋４１逦Ｔｈｅｒｍａｌ邋ＮＯ邋Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋Ｚｏｒ＾逡逑—咖悐，逦ｇｇｇ邋Ｓ00ｔ邋Ｏｐｔｉｏｎ邋Ｚ0ｎｅ逡逑ｗｍｉｎｎ邋Ｋ．ｇｈ逡逑Ｓｏｏｔ邋Ｃ0ｒｔｃｅｎｔｒａｔ？0ｎ逡逑图１－７燃油喷射准稳态模型逡逑在封闭反应器里使用详细的碳烟生成和氧化机理模拟缸内碳烟生成量随温逡逑度和当量比的变化关系
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK421.5
【图文】：
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【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK421.5
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1 王sニ
本文编号：2627806
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