含氧燃料对压燃式发动机燃烧及排放影响的仿真研究
发布时间：2022-12-11 13:39
为缓解对石油燃料的依赖,以及解决传统柴油机由于混合时间短导致NOx和Soot排放难以同时降低的问题,寻找新型清洁替代燃料受到了广大研究者的重视,其中含氧燃料是最有应用前景的替代燃料之一。本研究依托国家自然基金项目,针对实现内燃机高效清洁燃烧的目标,基于燃料特性与边界条件协同控制的思想,采用醇、酯、醚等不同氧键合形式的含氧燃料作为柴油添加剂以改变燃料的理化特性及分子构型,通过化学反应动力学与三维模拟仿真相结合的手段,研究了不同含氧燃料掺混比例以及不同燃料氧键合形式对发动机燃烧和排放的影响规律,揭示了燃烧系统中的燃料氧对燃烧和污染物生成的化学作用机理,并深入探究了不同氧键合形式对碳烟生成、氧化的作用机制及影响规律。通过改变进气、喷油等边界条件,探索了含氧燃料与边界条件协同配合来改善燃烧、降低排放的控制方法,并分析了含氧燃料与纯柴油在使用特性上的差异。研究结果表明:添加含氧燃料对燃烧和排放均有显著的影响。由于正丁醇挥发性好,十六烷值较低,因此随着正丁醇掺混比例的增加,滞燃期逐渐延长,混合气更加均匀,预混燃烧比例增大,Soot排放降低,而NOx排放相差不大。从化学动力学角度来看,混合燃料的着火...
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.1.1 能源危机与环境污染
1.1.2 新型燃烧方式的探索和替代燃料的开发
1.2 碳烟生成机理
1.3 柴油机燃用含氧燃料的国内外研究现状
1.3.1 醇类燃料
1.3.2 醚类燃料
1.3.3 酯类燃料
1.4 数值模拟在求解内燃机燃烧及排放问题中的应用
1.5 本文主要研究内容及意义
第2章 三维数值仿真平台建立
2.1 三维数值仿真模型的建立
2.1.1 三维几何模型建立
2.1.2 计算网格划分及求解器设置
2.1.3 控制方程与计算模型
2.1.4 边界条件与初始条件
2.2 化学反应机理耦合三维CFD模型
2.2.1 柴油替代化学反应机理选择
2.2.2 含氧燃料及PAH化学反应机理选择
2.3 数值仿真模型的验证
2.4 本章小结
第3章 含氧燃料对燃烧和排放的影响
3.1 燃料含氧量的影响
3.1.1 燃料含氧量对混合气形成和燃烧的影响
3.1.2 含氧燃料化学作用机理分析
3.1.3 燃料含氧量对碳烟前驱物生成的影响
3.1.4 燃料含氧量对Soot生成历程的影响
3.1.5 燃料含氧量对NOX生成的影响
3.2 含氧燃料官能团结构的影响
3.2.1 不同含氧官能团燃料对燃烧的影响
3.2.2 不同含氧官能团燃料对主要燃烧组分的影响
3.2.3 不同含氧官能团燃料对碳烟前驱物的影响
3.2.4 不同含氧官能团燃料对Soot生成历程的影响
3.2.5 不同含氧官能团燃料对NOX生成的影响
3.3 本章小结
第4章 边界条件对正丁醇/柴油混合燃料燃烧和排放的影响
4.1 喷油压力对正丁醇/柴油混合燃料燃烧和排放的影响
4.1.1 喷油压力对混合气形成的影响
4.1.2 喷油压力对燃烧的影响
4.1.3 喷油压力对NOx和 Soot排放的影响
4.2 喷油正时对正丁醇/柴油混合燃料燃烧和排放的影响
4.2.1 喷油正时对混合气形成的影响
4.2.2 喷油正时对燃烧的影响
4.2.3 喷油正时对NOx和 Soot排放的影响
4.3 进气压力对正丁醇/柴油混合燃料燃烧和排放的影响
4.3.1 进气压力对混合气形成的影响
4.3.2 进气压力对燃烧的影响
4.3.3 进气压力对NOX和Soot排放的影响
4.4 进气氧浓度对含氧燃料燃烧和排放的影响
4.4.1 进气氧浓度对燃烧过程中燃料分布的影响
4.4.2 进气氧浓度对燃烧的影响
4.4.3 进气氧浓度对NOx和 Soot的影响
4.5 本章小节
第5章 全文总结及展望
5.1 全文总结
5.2 未来工作展望
参考文献
作者简介
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]直喷式柴油机燃用F-T柴油时燃烧特性的研究[J]. 黄勇成,周龙保,潘克煜. 西安交通大学学报. 2006(01)
[2]燃料设计改善发动机燃烧和排放的研究（2）——对柴油机燃烧与排放影响的分析[J]. 吕兴才,张武高,黄震. 内燃机学报. 2004(03)
[3]含氧添加剂DMC对柴油机燃烧与排放特性的影响[J]. 张光德,黄震,张武高,乔信起,周校平. 燃烧科学与技术. 2002(05)
[4]含氧燃料添加剂对柴油机性能和排放的影响[J]. 王贺武,周龙保. 内燃机学报. 2001(01)
[5]含氧添加剂碳酸二甲酯降低轻型直喷柴油机碳烟的研究[J]. 黄勇成,王贺武,周龙保,白富强. 西安交通大学学报. 2000(05)
[6]直喷式柴油机燃用二甲醚排放特性的研究[J]. 王贺武 ,周龙保 ,蒋德明 ,黄佐华. 内燃机学报. 2000(01)
[7]轻型直喷柴油机燃用二甲醚性能和燃烧特性研究[J]. 周龙保,王贺武,黄勇成,蒋德明,黄佐华. 西安交通大学学报. 2000(01)
[8]内燃机缸内层流流动的二维数学模型[J]. 刘民业,解茂昭,罗均炎,王荣生. 内燃机学报. 1986(02)
博士论文
[1]宽馏程燃料及燃烧边界条件对压燃式发动机燃烧及排放的影响研究[D]. 肖森林.吉林大学 2016
[2]生物柴油化学反应机理模型及燃烧分析应用的研究[D]. 李军成.湖南大学 2014
[3]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
[4]柴油机碳烟生成机理多维数值模拟及试验研究[D]. 王浒.天津大学 2012
[5]现代柴油机全气缸取样系统开发及缸内微粒理化特性研究[D]. 董素荣.天津大学 2007
硕士论文
[1]压燃式发动机缸内氧浓度分布对排放物生成的影响研究[D]. 刘仙.吉林大学 2018
[2]丁醇/柴油混合燃料燃烧及颗粒物排放特性研究[D]. 李鹏磊.吉林大学 2017
[3]含氧燃料正丁醇对柴油机燃烧路径影响的模拟研究[D]. 龙有强.广西大学 2016
[4]生物柴油燃烧数值模拟及其在JX493柴油机上的应用研究[D]. 张勇.南昌大学 2013
[5]正丁醇—柴油混合燃料低温燃烧过程数值模拟研究[D]. 赵瑞青.广西大学 2013
[6]柴油/丁醇混合燃料对柴油机工作过程和排放的影响[D]. 黄维.合肥工业大学 2013
[7]丁醇—柴油混合燃料发动机着火燃烧的三维数值研究[D]. 曾显惠.湖南大学 2012
[8]生物柴油—柴油混合燃料在柴油机上的燃烧与排放的数值模拟[D]. 赵二丽.重庆交通大学 2012
[9]柴油机燃用甲醇柴油混合燃料的仿真分析[D]. 郭鹏.太原理工大学 2011
本文编号：3718876
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.1.1 能源危机与环境污染
1.1.2 新型燃烧方式的探索和替代燃料的开发
1.2 碳烟生成机理
1.3 柴油机燃用含氧燃料的国内外研究现状
1.3.1 醇类燃料
1.3.2 醚类燃料
1.3.3 酯类燃料
1.4 数值模拟在求解内燃机燃烧及排放问题中的应用
1.5 本文主要研究内容及意义
第2章 三维数值仿真平台建立
2.1 三维数值仿真模型的建立
2.1.1 三维几何模型建立
2.1.2 计算网格划分及求解器设置
2.1.3 控制方程与计算模型
2.1.4 边界条件与初始条件
2.2 化学反应机理耦合三维CFD模型
2.2.1 柴油替代化学反应机理选择
2.2.2 含氧燃料及PAH化学反应机理选择
2.3 数值仿真模型的验证
2.4 本章小结
第3章 含氧燃料对燃烧和排放的影响
3.1 燃料含氧量的影响
3.1.1 燃料含氧量对混合气形成和燃烧的影响
3.1.2 含氧燃料化学作用机理分析
3.1.3 燃料含氧量对碳烟前驱物生成的影响
3.1.4 燃料含氧量对Soot生成历程的影响
3.1.5 燃料含氧量对NOX生成的影响
3.2 含氧燃料官能团结构的影响
3.2.1 不同含氧官能团燃料对燃烧的影响
3.2.2 不同含氧官能团燃料对主要燃烧组分的影响
3.2.3 不同含氧官能团燃料对碳烟前驱物的影响
3.2.4 不同含氧官能团燃料对Soot生成历程的影响
3.2.5 不同含氧官能团燃料对NOX生成的影响
3.3 本章小结
第4章 边界条件对正丁醇/柴油混合燃料燃烧和排放的影响
4.1 喷油压力对正丁醇/柴油混合燃料燃烧和排放的影响
4.1.1 喷油压力对混合气形成的影响
4.1.2 喷油压力对燃烧的影响
4.1.3 喷油压力对NOx和 Soot排放的影响
4.2 喷油正时对正丁醇/柴油混合燃料燃烧和排放的影响
4.2.1 喷油正时对混合气形成的影响
4.2.2 喷油正时对燃烧的影响
4.2.3 喷油正时对NOx和 Soot排放的影响
4.3 进气压力对正丁醇/柴油混合燃料燃烧和排放的影响
4.3.1 进气压力对混合气形成的影响
4.3.2 进气压力对燃烧的影响
4.3.3 进气压力对NOX和Soot排放的影响
4.4 进气氧浓度对含氧燃料燃烧和排放的影响
4.4.1 进气氧浓度对燃烧过程中燃料分布的影响
4.4.2 进气氧浓度对燃烧的影响
4.4.3 进气氧浓度对NOx和 Soot的影响
4.5 本章小节
第5章 全文总结及展望
5.1 全文总结
5.2 未来工作展望
参考文献
作者简介
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]直喷式柴油机燃用F-T柴油时燃烧特性的研究[J]. 黄勇成,周龙保,潘克煜. 西安交通大学学报. 2006(01)
[2]燃料设计改善发动机燃烧和排放的研究（2）——对柴油机燃烧与排放影响的分析[J]. 吕兴才,张武高,黄震. 内燃机学报. 2004(03)
[3]含氧添加剂DMC对柴油机燃烧与排放特性的影响[J]. 张光德,黄震,张武高,乔信起,周校平. 燃烧科学与技术. 2002(05)
[4]含氧燃料添加剂对柴油机性能和排放的影响[J]. 王贺武,周龙保. 内燃机学报. 2001(01)
[5]含氧添加剂碳酸二甲酯降低轻型直喷柴油机碳烟的研究[J]. 黄勇成,王贺武,周龙保,白富强. 西安交通大学学报. 2000(05)
[6]直喷式柴油机燃用二甲醚排放特性的研究[J]. 王贺武 ,周龙保 ,蒋德明 ,黄佐华. 内燃机学报. 2000(01)
[7]轻型直喷柴油机燃用二甲醚性能和燃烧特性研究[J]. 周龙保,王贺武,黄勇成,蒋德明,黄佐华. 西安交通大学学报. 2000(01)
[8]内燃机缸内层流流动的二维数学模型[J]. 刘民业,解茂昭,罗均炎,王荣生. 内燃机学报. 1986(02)
博士论文
[1]宽馏程燃料及燃烧边界条件对压燃式发动机燃烧及排放的影响研究[D]. 肖森林.吉林大学 2016
[2]生物柴油化学反应机理模型及燃烧分析应用的研究[D]. 李军成.湖南大学 2014
[3]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
[4]柴油机碳烟生成机理多维数值模拟及试验研究[D]. 王浒.天津大学 2012
[5]现代柴油机全气缸取样系统开发及缸内微粒理化特性研究[D]. 董素荣.天津大学 2007
硕士论文
[1]压燃式发动机缸内氧浓度分布对排放物生成的影响研究[D]. 刘仙.吉林大学 2018
[2]丁醇/柴油混合燃料燃烧及颗粒物排放特性研究[D]. 李鹏磊.吉林大学 2017
[3]含氧燃料正丁醇对柴油机燃烧路径影响的模拟研究[D]. 龙有强.广西大学 2016
[4]生物柴油燃烧数值模拟及其在JX493柴油机上的应用研究[D]. 张勇.南昌大学 2013
[5]正丁醇—柴油混合燃料低温燃烧过程数值模拟研究[D]. 赵瑞青.广西大学 2013
[6]柴油/丁醇混合燃料对柴油机工作过程和排放的影响[D]. 黄维.合肥工业大学 2013
[7]丁醇—柴油混合燃料发动机着火燃烧的三维数值研究[D]. 曾显惠.湖南大学 2012
[8]生物柴油—柴油混合燃料在柴油机上的燃烧与排放的数值模拟[D]. 赵二丽.重庆交通大学 2012
[9]柴油机燃用甲醇柴油混合燃料的仿真分析[D]. 郭鹏.太原理工大学 2011
本文编号：3718876
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/3718876.html
