混合燃料喷雾燃烧特性的实验及数值模拟研究
本文关键词：混合燃料喷雾燃烧特性的实验及数值模拟研究
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【摘要】：为了满足日益严苛的排放法规和燃油经济性要求,并减轻排气后处理器的负担,近年来,开发新的发动机燃烧技术以降低其自身排放的研究十分活跃,涌现出诸如均质压燃(HCCI)、汽油部分预混压燃(PPCI)和低温燃烧(LTC)等旨在实现发动机高效清洁燃烧的新型燃烧方式,它们有望解决内燃机PM排放和NOx排放Trade-off矛盾。但是,现阶段它们均面临着运行负荷范围偏小、着火时刻和燃烧速率难以控制、HC和CO排放高、冷启动和工况过渡困难等困境。由于这些燃烧方式的着火与燃烧由化学反应动力学所主导并在一定程度上受气流运动和油气混合控制,混合燃料这类燃料化学控制方法成为了解决这些困境的重要途径和手段。本文运用CFD数值模拟方法对汽柴油混合燃料喷雾特性进行了研究。首先,结合ECN喷雾实验数据库、依据经典线性稳定性理论对KH-RT破碎模型对环境条件的适应性进行了分析,指出提高喷雾破碎模型对不同环境条件适应性的方法和路径;然后,利用离散多组分蒸发模型对汽柴油混合燃料喷雾特性进行模拟,对比分析了单组份燃料和混合燃料在不同环境条件的喷雾贯穿距、SMD、燃油蒸发速率。仿真结果表明,混合燃料G50喷雾特性一般处在G0和G100之间,且G50各项喷雾特性参数与G0更为接近;环境温度对单燃料和混合燃料喷雾特性影响较大,主要表现在:随着环境温度升高,液滴的蒸发速率会大幅提升,特别是当环境温度高于液滴的临界温度时,液滴的蒸发速率可达90%以上。应用高速摄影和激光诱导炽光法(LII)对柴油喷雾燃烧过程进行可视化研究。在柴油喷雾燃烧过程中,可以观测到蓝色火焰、黄色或白色火焰,着火前期它以预混合燃烧为主,随时间推移火焰快速发展为扩散燃烧为主的燃烧方式。燃油喷射压力由100MPa减小到60MPa,柴油喷雾液相贯穿距略微减小,燃烧滞燃期变长;孔直径由0.15mm增大到0.25mm,柴油喷雾液相贯穿距增大,燃烧滞燃期变长。最后,利用详细化学反应动力学燃烧模型研究汽柴油混合燃料着火燃烧性能,随着汽油添加比例的增加,着火时刻不断延迟,火焰浮起长度增长。
【关键词】：内燃机 燃烧方式 混合燃料 喷雾 破碎模型 激光诱导炽光法
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK401
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-9
- 1 绪论9-20
- 1.1 研究背景9-11
- 1.2 新燃烧系统开发思路11-12
- 1.3 混合燃料的喷雾燃烧研究现状12-14
- 1.4 燃油喷雾燃烧研究方法概述14-19
- 1.5 本课题研究的主要内容19-20
- 2 三维喷雾燃烧计算模型20-32
- 2.1 控制方程组20-24
- 2.2 湍流模型24-25
- 2.3 喷雾雾化子模型25-30
- 2.4 燃料化学反应模型30
- 2.5 本章小结30-32
- 3 燃料喷雾CFD研究32-47
- 3.1 单组份燃料喷雾研究32-39
- 3.2 混合燃料喷雾CFD研究39-45
- 3.3 本章小结45-47
- 4 燃料燃烧可视化实验及CFD研究47-66
- 4.1 喷雾燃烧测试原理和装置47-54
- 4.2 试验参数54-55
- 4.3 试验结果分析55-63
- 4.4 混合燃料燃烧CFD研究63-64
- 4.5 本章小结64-66
- 5 总结与展望66-69
- 5.1 研究结论与创新点66-68
- 5.2 研究展望68-69
- 致谢69-70
- 参考文献70-76
- 附录 攻读硕士学位期间发表论文和参与的科研项目76
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，本文编号：633494
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