点火室式柴油机射流控制压缩着火模拟研究

发布时间：2017-07-19 15:29

  本文关键词：点火室式柴油机射流控制压缩着火模拟研究

  更多相关文章： 柴油机 点火室 射流控制压缩着火 NO_x排放

【摘要】：柴油机作为热效率最高的动力机械装置之一,在不断发展的同时其排放也受到了法规的严格限制。为了应对法规的限制,与柴油机有关的各种技术也在不断发展,其中柴油机预混合燃烧技术已经可以实现高效清洁的燃烧过程,尤其是极低的氮氧化物(NOx)排放,因此逐渐成为柴油机燃烧研究的热点,但是柴油机预混合燃烧着火相位的控制还是难以解决。本文在河柴重工HLT132预混合燃烧柴油机上采用了一种带有点火室的射流控制压缩着火(JCCI:Jet Controlled Compression Ignition)的方式控制着火相位,并且对缸内燃烧和NOx排放等情况进行了数值模拟研究。射流控制压缩着火的原理是主燃室内的柴油预混合气被点火室内气体燃料经过燃烧产生的高温活性基所引燃。为了给JCCI柴油机的设计和优化提供理论依据,文中利用ProE建立JCCI柴油机的三维模型,利用AVL Fire模拟分析了JCCI柴油机工作时的流场、当量比、温度场、OH活性基以及NOx的分布情况。计算了JCCI柴油机在4个工况下的缸内压力,温度,放热率等数据。文章中采用的计算方案如下：柴油机采用较低的几何压缩比,并采用进气门晚关策略降低柴油机有效压缩比,降低活塞运动到上止点时主燃室内的最高温度,以保证柴油预混合气在活塞运动到上止点前不能被压缩着火。采用早喷策略,喷油提前角为60℃ABTDC,以保证得到较均匀的柴油预混合气。设计了点火室和点火室的天然气(NG)燃料供给系统。点火室内混合气由火花放电点燃,形成射流,触发主燃室内压缩着火。模拟结果表明：JCCI柴油机可以实现低温燃烧,能够有效降低NOx排放,点火室内燃烧产生的高温射流能够有效控制主燃室内柴油预混合气的着火相位。JCCI柴油机的放热率具有两个峰值,分别由点火室和主燃室内的燃烧形成。点火室内燃烧形成的高温射流提高了主燃室内的混合气温度,加上射流对主燃室内混合气的扰动和高温活性基的作用,直接触发了主燃室内的预混合气着火。在中高负荷时,适当降低有效压缩比,点火室射流也能起到主动控制着火相位的作用。在全负荷时引入EGR可以有效降低JCCI柴油机的燃烧速率和NOx的排放。
【关键词】：柴油机 点火室 射流控制压缩着火 NO_x排放
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK421
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-28
• 1.1 引言9-12
• 1.2 研究背景与问题提出12-14
• 1.3 柴油机预混合燃烧的研究现状14-27
• 1.3.1 均质充量压缩燃烧系统14-21
• 1.3.2 采用预燃室的预混合燃烧系统21-25
• 1.3.3 预混合充量压缩燃烧系统25-26
• 1.3.4 反应可控压缩着火系统26-27
• 1.4 本文研究内容27-28
• 2 JCCI柴油机设计28-36
• 2.1 JCCI柴油机概念28-29
• 2.2 原机结构及改进29-30
• 2.3 主燃室结构设计30-31
• 2.4 点火室系统结构设计31-34
• 2.5 本章小结34-36
• 3 数值模拟36-47
• 3.1 CFD模型36-37
• 3.2 计算模型选取37-46
• 3.2.1 基本控制方程37-38
• 3.2.2 湍流模型38-40
• 3.2.3 喷雾模型40-44
• 3.2.4 燃烧模型44-45
• 3.2.5 排放模型45-46
• 3.3 本章小结46-47
• 4 数值模拟及结果分析47-78
• 4.1 初始条件设定47-51
• 4.2 低负荷JCCI柴油机数值模拟51-61
• 4.2.1 流场分析51-53
• 4.2.2 当量比分析53-54
• 4.2.3 温度场分析54
• 4.2.4 活性基分析54-55
• 4.2.5 排放分析55-56
• 4.2.6 有效压缩比分析56-60
• 4.2.7 点火室不同喷孔直径分析60-61
• 4.3 中高负荷JCCI柴油机数值模拟61-76
• 4.3.1 压力分析61-63
• 4.3.2 温度分析63-64
• 4.3.3 排放分析64-65
• 4.3.4 放热率分析65-67
• 4.3.5 文丘里管EGR系统设计67-74
• 4.3.6 EGR分析74-76
• 4.4 本章小结76-78
• 5 全文总结与展望78-80
• 5.1 结论78
• 5.2 展望78-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况84-85
• 致谢85-86

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 隆武强;田江平;王玉冰;付磊;盛凯;;点火室式直喷汽油机燃烧系统的研究Ⅰ:点火室燃烧系统和燃油喷射策略[J];内燃机学报;2010年04期

2 李文蛟,邱建荣,李琳琅,岑可法,曹欣玉,周俊虎;煤粉气流在方管点火室着火过程的试验与数值模拟[J];电站系统工程;2002年04期

3 宋秦中;贾立全;;点火室直喷汽油机电控点火系统的开发[J];苏州市职业大学学报;2010年03期

4 贾立全;隆武强;田江平;付磊;;点火室直喷汽油机的电控点火与缸压采集系统的开发[J];小型内燃机与摩托车;2008年04期

5 李文蛟,岑可法,李琳琅,曹欣玉,周俊虎,邱建荣;无油点火器中煤粉气流着火强度与参数关系实验研究[J];燃烧科学与技术;2002年06期

6 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 黄兵;袁圣付;杨丽佳;房晓婷;;连续波DF/HF化学激光器预燃点火室喷注参数设计及性能测试[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第39分会：化学动力学[C];2014年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 田江平;点火室式直喷汽油机燃烧系统及其喷雾特性研究[D];大连理工大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 李强;点火室式柴油机射流控制压缩着火模拟研究[D];大连理工大学;2016年

2 杜炜;缸内直喷点火室稀薄燃烧系统的研究[D];大连理工大学;2005年

3 夏美艳;点火室式直喷汽油机工作过程数值模拟[D];大连理工大学;2010年

4 王玉冰;点火室直喷汽油机混合气形成的模拟分析[D];大连理工大学;2008年

5 李建龙;点火室式预混合柴油机燃烧系统的实验研究[D];大连理工大学;2013年

6 贾立全;点火室直喷汽油机的电控点火及燃烧分析系统的开发[D];大连理工大学;2007年

，

本文编号：563627