喷油正时及EGR对柴油机性能影响的CFD研究

发布时间：2017-05-15 18:04

  本文关键词：喷油正时及EGR对柴油机性能影响的CFD研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着雾霾天气、温室效应及其他环境问题的日益严重,人们节能减排的意识逐渐被唤醒。因此,政府不断出台严格的排放法规。而以石油为能源的内燃机的数量却逐年递增,其尾气对环境的影响也日益严重。因此,提高内燃机的燃烧效率,降低尾气排放已刻不容缓。柴油机的热效率比汽油机高,但其排放的废气中的氮氧化物(NO)及碳烟颗粒(Soot)的比例较高,而喷油正时及废气再循环(EGR)对柴油机的燃烧与排放性能有很大的影响。 喷油正时对柴油机的性能影响非常大,同时也是在实际运用过程中最容易改变的一个参数,对于某台正在开发的柴油机,如果能在实验前通过CFD仿真的方式获得一个最优喷油正时,可以大大缩短试验周期,也能节约相关费用。EGR能够显著降低NO的排放,同时使Soot的排放增加,利用数值模拟的方式从缸内工质微观分布角度(流场、温度场、浓度场)研究EGR对柴油机性能的影响,并分析相关机理,具有现实的意义。 本文利用Auto CAD与AVL fire软件,首先建立燃烧室的二维模型,并将其导入ESE模块中,完成对燃烧室及喷油器的三维模型的建立及网格划分,网格划分完成后,利用试验数据及相关经验数据确定初始条件及边界条件,在计算后利用试验值对模型进行验证。 本文模拟了在2000r/min,100%负荷时喷油正时对柴油机性能影响。仿真结果表明,随着喷油正时的的提前,滞燃期延长,柴油机缸内最高压力和燃烧温度也随之提高,NO的排放也增大,因此适当的延后喷油时刻可以降低NO排放。模拟了满负荷下EGR率分别为0、0.2、0.4、0.6时的情况,结果表明：‘EGR会延长柴油机的滞燃期,并影响燃料的放热,如果EGR过大,会导致后燃严重；EGR能够有效的降低缸内燃烧温度从而减少NO的排放,EGR还能降低缸内爆发压力,使柴油机工作更加平稳；但随着EGR的增大,缸内局部缺氧就会更加严重,导致Soot的排放增大。模拟了分析了2000r/min, EGR率为0.4时对100%及55%两种负荷的影响,结果表明,EGR对低负荷柴油机的经济性、动力性影响相对较小,在高负荷时影响很大,在高负荷下EGR对NO及Soot的排放影响较大；低负荷时,EGR对NO排放基本没影响,对Soot排放影响较小。
【关键词】：喷油正时 EGR 柴油机性能 CFD
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK421
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 绪论13-24
• 1.1 序言13-14
• 1.2 柴油机排放的有害物质14-15
• 1.3 国内外柴油机排放法规15-17
• 1.3.1 国外法规15-16
• 1.3.2 我国的排放法规16-17
• 1.4 降低柴油机排放的技术措施及现状17-22
• 1.4.1 控制柴油机排放机内净化措施18-21
• 1.4.2 柴油机排放控制的机外净化技术21-22
• 1.5 本文研究的主要内容22-24
• 第二章 模拟仿真的理论基础及相关模型24-36
• 2.1 燃烧的数学模型24-25
• 2.1.1 零维燃烧模型24
• 2.1.2 准维燃烧模型24-25
• 2.1.3 多维燃烧模型25
• 2.2 多维燃烧模型的控制方程25-27
• 2.2.1 质量守恒方程25-26
• 2.2.2 动量守恒方程26
• 2.2.3 能量守恒方程26-27
• 2.3 燃油喷雾模型27-30
• 2.3.1 喷雾破碎模型27-29
• 2.3.2 油滴蒸发模型29-30
• 2.4 燃烧模型30
• 2.5 排放模型30-34
• 2.5.1 NO模型31-33
• 2.5.2 碳烟颗粒(Soot)模型33-34
• 2.6 外部EGR的相关理论34-35
• 2.7 本章小结35-36
• 第三章 仿真模型的建立36-46
• 3.1 仿真平台的流程图36-38
• 3.2 柴油机的基本参数38-39
• 3.2.1 燃烧室模型及喷油嘴相关参数38-39
• 3.3 几何模型的建立39-40
• 3.4 网格的划分40-41
• 3.5 初始条件41-43
• 3.6 计算模型验证43-45
• 3.7 本章小结45-46
• 第四章 喷油正时对柴油机燃烧与排放性能的影响46-55
• 4.1 喷油正时对柴油机外特性的影响47
• 4.2 喷油正时对燃烧性能的影响47-51
• 4.2.1 对滞燃期的影响47-48
• 4.2.2 对缸内压力的影响48-49
• 4.2.3 对缸内温度的影响49-51
• 4.3 喷油正时对排放性能的影响51-54
• 4.3.1 喷油正时对NO排放的影响51-52
• 4.3.2 喷油正时对Soot排放的影响52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 EGR对柴油机燃烧与排放性能的影响55-72
• 5.1 EGR率对柴油机外特性的影响55
• 5.2 不同EGR率对柴油机性能的影响55-66
• 5.2.1 不同EGR率对滞燃期的影响55-56
• 5.2.2 不同EGR率对当量比的影响56-57
• 5.2.3 不同EGR率对放热率的影响57-59
• 5.2.4 不同EGR率对缸内压力的影响59-60
• 5.2.5 EGR对燃烧温度的影响60-62
• 5.2.6 不同EGR率对柴油机排放性能的影响62-66
• 5.3 EGR率对柴油机不同负荷情况下排放性能的影响66-71
• 5.3.1 对经济性及动力性的影响67
• 5.3.2 EGR对不同负荷柴油机燃烧特性的影响67-69
• 5.3.3 EGR对不同负荷柴油机排放特性的影响69-71
• 5.4 本章小结71-72
• 总结与展望72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果78

【参考文献】

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本文编号：368450