高比例二甲醚柴油混合燃料燃烧及排放过程的仿真研究

发布时间：2017-05-26 07:05

  本文关键词：高比例二甲醚柴油混合燃料燃烧及排放过程的仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 二甲醚作为一种清洁的汽车代用燃料已经越来越多的应用在压燃式发动机上。本文对二甲醚作为压燃式发动机燃料的特点进行了分析,对二甲醚的研究现状进行了总结,并且对内燃机的缸内流动以及燃烧模拟研究现状进行了研究。内燃机的燃烧是关系到内燃机动力、经济以及排放性的重要因素,由于试验条件的限制,无法对缸内燃料分布与排放之间的关系和缸内燃烧过程的实际状态进行研究。但借助于计算机技术和相关流体知识,可对缸内的燃烧过程进行数值模拟。 本文利用AVL公司的FIRE软件对4100柴油发动机的燃烧室进行了建模和网格划分,模拟了从进气门关闭到排气门打开这段时间内燃料的燃烧排放情况,对仿真所得数值与燃烧分析仪所测得的台架试验值进行了分析,验证了模型的正确性,并对4100发动机缸内的喷雾流场、温度场、燃料浓度场、排放物的浓度场等三维结果以及缸压、缸内温度、排放物的质量分数等二维结果进行了研究。研究表明:当膨胀行程中缸内温度达到一定值之后,NOx的生成会进入“冻结”阶段,而碳粒的生成则是先生成后氧化的。研究还表明,油束对缸内的流场有一定的影响。 在此基础上,选取了D65、D75、D85三种高比例的二甲醚柴油,对三种比例的二甲醚柴油与纯柴油在缸内的平均压力、平均温度、燃料的质量分数以及排放物的质量分数等规律进行了研究,还对燃料缸内的温度场、燃料浓度场以及排放物的浓度场进行了对比。结果表明:高比例的二甲醚柴油燃料的缸内最高压力是低于柴油的,但是其缸内最高温度和累积放热量相互接近并且是高于柴油的,说明高比例二甲醚柴油混合燃料可以降低缸内的机械负荷,同时还有很高的热效率。随着二甲醚比例的增大,缸内NOx的生成越晚并且生成的质量分数越小。除此之外,三种比例的混合燃料的碳粒生成都远低于柴油的,D85在碳粒生成上最低。 本文还研究了喷油提前角和喷油持续期对对高比例的二甲醚柴油的影响。研究表明:喷油提前角加大,缸内的压力、温度以及累积放热率都会增加,同时NOx和碳粒的生成也有所增加;喷油持续期的加大则会造成缸内压力的过多降低。
【关键词】：二甲醚 燃烧 排放 仿真 FIRE
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 二甲醚作为压燃式发动机燃料特点12-14
• 1.2 国内外对于二甲醚研究现状14-18
• 1.2.1 二甲醚作为压燃式发动机助燃剂的研究14-15
• 1.2.2 纯二甲醚作为压燃式发动机燃料的应用15-17
• 1.2.3 二甲醚掺烧混合燃油在压燃式发动机上的应用17-18
• 1.3 内燃机缸内流动及燃烧模拟现状18-21
• 1.4 FIRE 软件简介21
• 1.5 课题的提出21-22
• 1.6 本文研究工作22-24
• 第二章 柴油机多维燃烧模拟计算模型24-44
• 2.1 气相湍流流动模型24-30
• 2.1.1 湍流数值模拟方法25-26
• 2.1.2 湍流流动的基本守恒方程26-27
• 2.1.3 湍流对流的雷诺应力时均方程27-28
• 2.1.4 常用湍流模型28-30
• 2.2 柴油机喷雾模拟模型30-38
• 2.2.1 液滴蒸发模型31-33
• 2.2.2 破碎模型33-36
• 2.2.3 碰壁模型36-37
• 2.2.4 喷雾时的湍流扩散模型37-38
• 2.3 柴油机缸内燃烧与排放模型38-43
• 2.3.1 燃烧模型39-41
• 2.3.2 NOX生成机理及排放模型41-42
• 2.3.3 碳烟生成机理及排放模型42-43
• 2.4 本章小结43-44
• 第三章 4100 柴油机燃烧室几何模型的建立及验证44-59
• 3.1 4100 柴油机的数值模拟44-49
• 3.1.1 计算对象44-45
• 3.1.2 几何模型的建立45-46
• 3.1.3 网格的划分46-47
• 3.1.4 计算初始参数及边界条件的确定47-49
• 3.2 计算模型的选取49-50
• 3.2.1 缸内气体流动模型49-50
• 3.2.2 燃油喷射及雾化模型50
• 3.2.3 燃烧及排放模型50
• 3.3 计算模型的验证50-51
• 3.4 柴油机缸内流动与燃烧过程的模拟51-58
• 3.4.1 仿真结果分析51-54
• 3.4.2 缸内喷雾流场模拟及分析54-56
• 3.4.3 温度场和浓度场的分布56-57
• 3.4.4 排放物浓度场57-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第四章 高比例二甲醚柴油混合燃料的燃烧特性59-70
• 4.1 混合燃料C、H、O 原子数目的确定59-61
• 4.2 混合燃料热值以及当量每循环供油量的计算61
• 4.3 不同燃料的仿真计算结果对比61-66
• 4.4 不同燃料燃料浓度场和温度场的对比66-68
• 4.5 不同燃料排放物浓度场的对比68-69
• 4.5.1 NOX 的浓度场对比68
• 4.5.2 碳粒的浓度场的对比68-69
• 4.6 本章小结69-70
• 第五章 不同喷射参数对混合燃料燃烧排放的影响70-79
• 5.1 喷油提前角影响70-74
• 5.2 喷油持续期的影响74-78
• 5.3 本章小结78-79
• 第六章 全文工作总结及展望79-81
• 6.1 全文总结79-80
• 6.2 工作展望80-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-86
• 攻读学位期间发表的学术论文86-87

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 郭鹏;柴油机燃用甲醇柴油混合燃料的仿真分析[D];太原理工大学;2011年

2 冯丹华;非标柴油/二甲醚混合燃料在增压柴油机上的应用研究[D];太原理工大学;2011年

3 曹杰;粗二甲醚柴油混合燃料燃烧与排放的研究[D];太原理工大学;2011年

4 王娜;柴油机燃用二甲醚/非标重柴油的燃烧仿真研究[D];太原理工大学;2011年

5 刘伟伟;增压柴油机掺水试验与仿真研究[D];太原理工大学;2012年

6 李玉娟;柴油机进气道喷水技术的试验研究和仿真分析[D];太原理工大学;2012年

  本文关键词：高比例二甲醚柴油混合燃料燃烧及排放过程的仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：396024