柴油机等压燃烧的仿真研究
发布时间：2021-03-07 01:29
在全球石油资源日益减少、排放法规日益严格,人们对于环境保护和能源节约的意识普遍越来越强的今天,内燃机只有不断的改善燃烧技术才能不被淘汰。柴油机燃烧技术目前的发展趋势,多为不断的提高燃烧的定容度,提高定容度的方法就是不断的提高喷射压力,但是单方面的增大喷射压力而不减小喷油器喷孔孔径（目前喷孔直径最小可达0.1mm,加工技术已无法使喷孔直径更小）,对索特平均粒径（SMD,是评价喷雾粒径的指标）的影响不大,因为喷射压力高而不减小孔径会导致滞燃期喷油量变大而产生工作粗暴,排放增加,严重的影响柴油机性能。另一方面,我们注意到,大型船用柴油机的有效热效率已经超过了50%,与汽车柴油机相比,船用柴油机产生的接近等压燃烧的循环具有非常低的机械损失和热损失。这说明,找到循环热效率和各项损失之间的平衡点可能比一味的提高理论热效率更有意义。与等容燃烧相比,等压燃烧虽然理论热效率较低,但由于缸内压力和温度较低,循环的热损失和机械损失较小,NOx排放也较低,特别是在大负荷工况下对于柴油机性能的提升比较明显。因此,有必要研究柴油机等压燃烧技术,为找到克服柴油机热效率与能量损失和排放之间的矛盾...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国2005-2016年汽车产销量虽然汽车产业的不断发展给我们的生活带来很多便利，但是其造成的能源枯竭、
第1章绪论5缸内燃料的分层燃烧。高反应性燃料一般为柴油，低反应性燃料，则常采用低十六烷值且易挥发的汽油、乙醇、天然气等。1.3柴油机等压燃烧研究现状通常为了提高内燃机工作各环节的效率，改善其燃油经济性和排放性能，主要应该改善压缩比、燃烧持续期、燃烧时刻、壁面传热、吸排气行程压力差和机械阻力等方面。减少发动机工作过程中的各项损失是提高发动机效率最直接且有效的方法。内燃机工作过程中的损失包括离散/失火损失、排气损失、冷却损失、泵吸损失、机械摩擦损失等（见图1.2）。其中失火损失和排气损失可以通过增压和压缩比优化控制及余热利用来逐步改善，冷却损失可以通过改良低散热技术逐步改善，泵吸损失可以应用可变频泵来减少，机械摩擦损失的克服主要是通过新型润滑技术来实现。尽管提高内燃机工作效率的方法都已经很明确了，但是如何将上述问题综合的解决并实现成本控制和效益的最大化是一个亟需解决的问题。图1.2内燃机工作过程中各项能量损失及影响因素因为奥托循环的效率在理想情况下高于其他往复式发动机循环的效率，且提高压缩比或比热比也有助于提高理论循环效率，所以多年来已经研究并提出了多种提高内燃机热效率的措施，比如通过增加燃料喷射速率，提前喷射正时，采用HCCI燃烧，以及采用PCCI（预混合压缩点火）燃烧的更大比例的恒定容积燃烧。此外，由于相关理论热效率的提高和热损失的降低，近年来，借助更高的增压和更高的EGR率条
吉林大学硕士学位论文8室的单缸试验发动机对柴油燃烧和排放特性进行数值模拟和实验研究，研究结果表明，额外的自由度可以允许通过来自三个喷射器适当的独立控制喷射策略来控制热释放速率曲线；达到最大热效率的最佳热释放速率被认为是双（Sabathe）循环，其将初始恒定体积燃烧与随后的恒压燃烧相结合，通过减小缸内压力和平均温度而使热量损失和机械损失最小；即使采用传统的扩散燃烧，也可以同时降低NOx和烟气排放，这可能是由于控制热释放速率曲线造成的平均温度降低以及新的三喷射器系统的局部当量比的降低，在高EGR率（低O2浓度）下同时减少NOx和烟气排放；利用这种直接控制热释放速率曲线和改善混合气的形成的新型多喷射燃烧概念应该是同时改善热效率和废气排放特性的有效措施。图1.3多喷油器方案对于柴油机等压燃烧技术的探索，我国起步并不晚，大连理工大学内燃机研究所在20世纪80年代初期即提出了预混合近似等压燃烧理论[37]。其基本思想是：以预混合燃烧代替扩散燃烧，来消除黑烟与烟粒；以热预混合燃烧代替冷态预混合，消除白烟；保持较高的压缩比，并使着火点不在上止点，以此获得近似的等压燃烧。该技术的关键是燃油与空气在着火前进行均匀预热混合。杨振中[38]考虑到采用传统的空间雾化燃烧方式会使柴油机在上止点前放热较多，柴油机工作粗暴，且燃烧室温度高，增加了NOx的排放量，而上止点后燃烧速度低，燃油在高温热解形成碳烟、燃烧不完全造成后燃等问题，提出要加强上止点后的放热，才能使爆发压力较低，有效地解决工作粗暴和经济性、排放之间的矛盾。为此他提出
【参考文献】：
期刊论文
[1]低速柴油机有效热效率优化研究[J]. 刘龙,胡建华,袁志国. 船舶工程. 2019(S1)
[2]内燃机HCCI及PCCI燃烧方式研究综述[J]. 伍赛特. 能源与环境. 2019(01)
[3]超高压喷射对直喷柴油机混合气形成、燃烧及排放特性的影响[J]. 江涛,林学东,李德刚. 吉林大学学报(工学版). 2016(05)
[4]超高压喷射条件下常态燃油的喷嘴内部空化流动特性仿真研究[J]. 刘琦,欧阳光耀,杨昆,何一波. 海军工程大学学报. 2016(01)
[5]二甲醚发动机实现预混等压燃烧模式的计算与分析[J]. 苏石川,张旭,李强,王慧,王浩东. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2013(02)
[6]喷油规律曲线形状对柴油机燃烧过程影响的仿真分析[J]. 张晶,李国岫,袁野. 兵工学报. 2012(03)
[7]辛烷值和预混合率对双燃料发动机SCCI燃烧与爆震的影响[J]. 马骏骏,吕兴才,吉丽斌,黄震. 上海交通大学学报. 2009(02)
[8]柴油机低温燃烧的研究进展[J]. 韩东,吕兴才,黄震. 车用发动机. 2008(02)
[9]舰用柴油机预混合等压燃烧的数值模拟及试验研究[J]. 刘镇,邵利民,徐洪军,陆传荣. 舰船科学技术. 2008(01)
[10]110型柴油机实现热预混合近似等腰三角形燃烧方式的研究[J]. 杨振中,李径定,华向阳. 内燃机工程. 2001(01)
硕士论文
[1]凸轮驱动式液压可变气门发动机控制策略研究[D]. 石卜从.吉林大学 2019
[2]基于GT-Power的490柴油机进排气系统的数值仿真与优化研究[D]. 刘德辉.华南理工大学 2016
[3]中非石油贸易潜力研究[D]. 牟梅娟.中国海洋大学 2015
本文编号：3068163
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国2005-2016年汽车产销量虽然汽车产业的不断发展给我们的生活带来很多便利，但是其造成的能源枯竭、
第1章绪论5缸内燃料的分层燃烧。高反应性燃料一般为柴油，低反应性燃料，则常采用低十六烷值且易挥发的汽油、乙醇、天然气等。1.3柴油机等压燃烧研究现状通常为了提高内燃机工作各环节的效率，改善其燃油经济性和排放性能，主要应该改善压缩比、燃烧持续期、燃烧时刻、壁面传热、吸排气行程压力差和机械阻力等方面。减少发动机工作过程中的各项损失是提高发动机效率最直接且有效的方法。内燃机工作过程中的损失包括离散/失火损失、排气损失、冷却损失、泵吸损失、机械摩擦损失等（见图1.2）。其中失火损失和排气损失可以通过增压和压缩比优化控制及余热利用来逐步改善，冷却损失可以通过改良低散热技术逐步改善，泵吸损失可以应用可变频泵来减少，机械摩擦损失的克服主要是通过新型润滑技术来实现。尽管提高内燃机工作效率的方法都已经很明确了，但是如何将上述问题综合的解决并实现成本控制和效益的最大化是一个亟需解决的问题。图1.2内燃机工作过程中各项能量损失及影响因素因为奥托循环的效率在理想情况下高于其他往复式发动机循环的效率，且提高压缩比或比热比也有助于提高理论循环效率，所以多年来已经研究并提出了多种提高内燃机热效率的措施，比如通过增加燃料喷射速率，提前喷射正时，采用HCCI燃烧，以及采用PCCI（预混合压缩点火）燃烧的更大比例的恒定容积燃烧。此外，由于相关理论热效率的提高和热损失的降低，近年来，借助更高的增压和更高的EGR率条
吉林大学硕士学位论文8室的单缸试验发动机对柴油燃烧和排放特性进行数值模拟和实验研究，研究结果表明，额外的自由度可以允许通过来自三个喷射器适当的独立控制喷射策略来控制热释放速率曲线；达到最大热效率的最佳热释放速率被认为是双（Sabathe）循环，其将初始恒定体积燃烧与随后的恒压燃烧相结合，通过减小缸内压力和平均温度而使热量损失和机械损失最小；即使采用传统的扩散燃烧，也可以同时降低NOx和烟气排放，这可能是由于控制热释放速率曲线造成的平均温度降低以及新的三喷射器系统的局部当量比的降低，在高EGR率（低O2浓度）下同时减少NOx和烟气排放；利用这种直接控制热释放速率曲线和改善混合气的形成的新型多喷射燃烧概念应该是同时改善热效率和废气排放特性的有效措施。图1.3多喷油器方案对于柴油机等压燃烧技术的探索，我国起步并不晚，大连理工大学内燃机研究所在20世纪80年代初期即提出了预混合近似等压燃烧理论[37]。其基本思想是：以预混合燃烧代替扩散燃烧，来消除黑烟与烟粒；以热预混合燃烧代替冷态预混合，消除白烟；保持较高的压缩比，并使着火点不在上止点，以此获得近似的等压燃烧。该技术的关键是燃油与空气在着火前进行均匀预热混合。杨振中[38]考虑到采用传统的空间雾化燃烧方式会使柴油机在上止点前放热较多，柴油机工作粗暴，且燃烧室温度高，增加了NOx的排放量，而上止点后燃烧速度低，燃油在高温热解形成碳烟、燃烧不完全造成后燃等问题，提出要加强上止点后的放热，才能使爆发压力较低，有效地解决工作粗暴和经济性、排放之间的矛盾。为此他提出
【参考文献】：
期刊论文
[1]低速柴油机有效热效率优化研究[J]. 刘龙,胡建华,袁志国. 船舶工程. 2019(S1)
[2]内燃机HCCI及PCCI燃烧方式研究综述[J]. 伍赛特. 能源与环境. 2019(01)
[3]超高压喷射对直喷柴油机混合气形成、燃烧及排放特性的影响[J]. 江涛,林学东,李德刚. 吉林大学学报(工学版). 2016(05)
[4]超高压喷射条件下常态燃油的喷嘴内部空化流动特性仿真研究[J]. 刘琦,欧阳光耀,杨昆,何一波. 海军工程大学学报. 2016(01)
[5]二甲醚发动机实现预混等压燃烧模式的计算与分析[J]. 苏石川,张旭,李强,王慧,王浩东. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2013(02)
[6]喷油规律曲线形状对柴油机燃烧过程影响的仿真分析[J]. 张晶,李国岫,袁野. 兵工学报. 2012(03)
[7]辛烷值和预混合率对双燃料发动机SCCI燃烧与爆震的影响[J]. 马骏骏,吕兴才,吉丽斌,黄震. 上海交通大学学报. 2009(02)
[8]柴油机低温燃烧的研究进展[J]. 韩东,吕兴才,黄震. 车用发动机. 2008(02)
[9]舰用柴油机预混合等压燃烧的数值模拟及试验研究[J]. 刘镇,邵利民,徐洪军,陆传荣. 舰船科学技术. 2008(01)
[10]110型柴油机实现热预混合近似等腰三角形燃烧方式的研究[J]. 杨振中,李径定,华向阳. 内燃机工程. 2001(01)
硕士论文
[1]凸轮驱动式液压可变气门发动机控制策略研究[D]. 石卜从.吉林大学 2019
[2]基于GT-Power的490柴油机进排气系统的数值仿真与优化研究[D]. 刘德辉.华南理工大学 2016
[3]中非石油贸易潜力研究[D]. 牟梅娟.中国海洋大学 2015
本文编号：3068163
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/3068163.html
