柴油/天然气双燃料发动机燃烧机理构建及喷油策略研究
发布时间：2021-10-22 17:23
能源短缺和环境污染是目前人类所面临的最大挑战。柴油/天然气双燃料发动机因其具有高热效率和低排放的潜力,有关它的研究日益受到人们的重视。目前,柴油喷油策略对柴油/天然气双燃料发动机燃烧主要反应路径的影响机理尚不清楚。为此,本文采用发动机台架试验和三维数值模拟两种手段,从宏观和微观的角度去探究不同柴油喷油策略下柴油/天然气双燃料发动机燃烧过程和有害排放物的生成机理。首先,构建柴油/天然气双燃料发动机燃烧机理。使用正十六烷表征柴油,使用甲烷,乙烷和丙烷的混合物表征天然气。采用DRG、DRGEP、敏感性分析、ROP分析和异构物集总等方法,简化正十六烷详细机理;结合强力敏感性分析优化简化机理关键反应的动力学参数;将正十六烷子机理耦合到天然气简化机理中,构建一个包含155种组分和645个反应的柴油/天然气双燃料简化机理。对其模拟点火延迟、组分浓度、层流火焰速度和双燃料发动机燃烧的结果进行实验验证,结果表明,该简化机理能够模拟实际柴油/天然气双燃料发动机缸内燃烧过程。然后,对双燃料模式下柴油单次喷射策略（喷油压力和喷油正时）进行探究,结果表明,在大负荷工况下,提高喷油压力或者提前喷油,BTE均会显著...
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
010-2019年中国汽车销量情况[1]
谟爰幽么笪鞲?Westport)公司合作，创造了世界上第一套HPDI喷射系统。上个世纪九十年代末，第一台HPDI天然气发动机问世。西港公司将该发动机应用于公交车上。与传统柴油燃烧相比，HPDI天然气发动机的NOX排放减少一半，CO2排放降低四分之一，几乎不产生soot排放。西港公司的成功极大鼓舞了世界上的内燃机工程师对柴油/天然气双燃料发动机研究的积极性。卡特彼勒公司在西港公司研究的基础上，将柴油和天然气分开喷射，即采用两条高压共轨，一条喷射柴油，另一条则喷射天然气，并采用缸内直喷将这两种燃料喷入气缸[48]。图1-2HPDI喷嘴结构，红色为引燃剂，绿色为低反应活性气体[47]Fig.1-2HPDInozzlestructure,redasignitionagent,greenaslowreactivegas[47]由于HPDI喷嘴造价昂贵，研究者们便提出另一种双燃料的燃烧方式——柴油微引燃技术(DieselPilotIgnition,DPI)。该技术是采用尽可能少的柴油量来点燃天然气，并且不同燃料使用不同的高压共轨。而且燃料的喷射位置也不同。在进气道中喷射天然气，将柴油缸内直喷。这样，就大大降低了喷油器的制造成本，并提高各个喷油器的使用寿命。与此同时，美国BKM公司使用极少的柴油量（接近总能量的1%）来引燃天然气，为柴油/天然气发动机开辟出了另一条研究思路。国际上的研究者们探究了不同的参数
广西大学硕士学位论文柴油/天然气双燃料发动机燃烧机理构建及喷油策略研究11图2-1发动机试验台架设置Fig.2-1Testenginedevicesetting2.2试验方案及试验的设计在单次喷射试验时，发动机转速固定在1220r/min，天然气替代率和EGR率分别为90%和0%。扭矩为810Nm（约48%负荷）和1215Nm（约71%负荷）。喷油压力从60MPa到160MPa，喷油正时从6°CAATDC到24°CAATDC。在多次喷射试验时，保持发动机转速1220r/min，扭矩为810Nm（相当于48%的负荷），喷油压力138MPa，EGR率0%，天然气替代率为87%。预喷率：33%，48%和66%；预喷正时：–50°CAATDC~–10°CAATDC；主喷正时：–12°CAATDC~–3°CAATDC。在双燃料发动机中，天然气采用进气道喷射，柴油采用缸内直喷的喷油策略。由于双燃料发动机使用两种理化性质完全不同的燃料，因此引入热值折合油耗(BreakSpecificFuelConsumption,BSFC)的概念，即将天然气释放的能量换算成对应的柴油的消耗量，公式定义如下：
【参考文献】：
期刊论文
[1]全球天然气市场发展及趋势[J]. 单卫国. 中国能源. 2011(01)
博士论文
[1]天然气/柴油双燃料发动机燃烧的数值研究及优化[D]. 吴振阔.湖南大学 2018
[2]柴油/天然气双燃料发动机燃烧策略的研究[D]. 李坤颖.华南理工大学 2016
[3]缸内直喷汽油机碳烟颗粒生成机理及实验研究[D]. 安彦召.天津大学 2016
[4]含氧燃料颗粒状态特征及前驱体形成机理研究[D]. 李铭迪.江苏大学 2014
硕士论文
[1]柴油/天然气双燃料发动机喷油策略的试验及仿真研究[D]. 朱召军.广西大学 2019
[2]多组分柴油替代燃料简化机理的构建及数值模拟研究[D]. 吕德淋.广西大学 2019
[3]柴油—天然气双燃料发动机燃烧及排放特性数值仿真研究[D]. 张格健.哈尔滨工程大学 2017
[4]柴油/天然气双燃料发动机柴油喷油控制策略试验研究[D]. 李永志.天津大学 2014
本文编号：3451550
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
010-2019年中国汽车销量情况[1]
谟爰幽么笪鞲?Westport)公司合作，创造了世界上第一套HPDI喷射系统。上个世纪九十年代末，第一台HPDI天然气发动机问世。西港公司将该发动机应用于公交车上。与传统柴油燃烧相比，HPDI天然气发动机的NOX排放减少一半，CO2排放降低四分之一，几乎不产生soot排放。西港公司的成功极大鼓舞了世界上的内燃机工程师对柴油/天然气双燃料发动机研究的积极性。卡特彼勒公司在西港公司研究的基础上，将柴油和天然气分开喷射，即采用两条高压共轨，一条喷射柴油，另一条则喷射天然气，并采用缸内直喷将这两种燃料喷入气缸[48]。图1-2HPDI喷嘴结构，红色为引燃剂，绿色为低反应活性气体[47]Fig.1-2HPDInozzlestructure,redasignitionagent,greenaslowreactivegas[47]由于HPDI喷嘴造价昂贵，研究者们便提出另一种双燃料的燃烧方式——柴油微引燃技术(DieselPilotIgnition,DPI)。该技术是采用尽可能少的柴油量来点燃天然气，并且不同燃料使用不同的高压共轨。而且燃料的喷射位置也不同。在进气道中喷射天然气，将柴油缸内直喷。这样，就大大降低了喷油器的制造成本，并提高各个喷油器的使用寿命。与此同时，美国BKM公司使用极少的柴油量（接近总能量的1%）来引燃天然气，为柴油/天然气发动机开辟出了另一条研究思路。国际上的研究者们探究了不同的参数
广西大学硕士学位论文柴油/天然气双燃料发动机燃烧机理构建及喷油策略研究11图2-1发动机试验台架设置Fig.2-1Testenginedevicesetting2.2试验方案及试验的设计在单次喷射试验时，发动机转速固定在1220r/min，天然气替代率和EGR率分别为90%和0%。扭矩为810Nm（约48%负荷）和1215Nm（约71%负荷）。喷油压力从60MPa到160MPa，喷油正时从6°CAATDC到24°CAATDC。在多次喷射试验时，保持发动机转速1220r/min，扭矩为810Nm（相当于48%的负荷），喷油压力138MPa，EGR率0%，天然气替代率为87%。预喷率：33%，48%和66%；预喷正时：–50°CAATDC~–10°CAATDC；主喷正时：–12°CAATDC~–3°CAATDC。在双燃料发动机中，天然气采用进气道喷射，柴油采用缸内直喷的喷油策略。由于双燃料发动机使用两种理化性质完全不同的燃料，因此引入热值折合油耗(BreakSpecificFuelConsumption,BSFC)的概念，即将天然气释放的能量换算成对应的柴油的消耗量，公式定义如下：
【参考文献】：
期刊论文
[1]全球天然气市场发展及趋势[J]. 单卫国. 中国能源. 2011(01)
博士论文
[1]天然气/柴油双燃料发动机燃烧的数值研究及优化[D]. 吴振阔.湖南大学 2018
[2]柴油/天然气双燃料发动机燃烧策略的研究[D]. 李坤颖.华南理工大学 2016
[3]缸内直喷汽油机碳烟颗粒生成机理及实验研究[D]. 安彦召.天津大学 2016
[4]含氧燃料颗粒状态特征及前驱体形成机理研究[D]. 李铭迪.江苏大学 2014
硕士论文
[1]柴油/天然气双燃料发动机喷油策略的试验及仿真研究[D]. 朱召军.广西大学 2019
[2]多组分柴油替代燃料简化机理的构建及数值模拟研究[D]. 吕德淋.广西大学 2019
[3]柴油—天然气双燃料发动机燃烧及排放特性数值仿真研究[D]. 张格健.哈尔滨工程大学 2017
[4]柴油/天然气双燃料发动机柴油喷油控制策略试验研究[D]. 李永志.天津大学 2014
本文编号：3451550
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