二甲醚—乙醇混合燃料预混燃烧的研究

发布时间：2017-08-11 17:07

  本文关键词：二甲醚—乙醇混合燃料预混燃烧的研究

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【摘要】：二甲醚作为一种煤基替代燃料,对于缓解我国石油资源紧缺、保障国家能源安全及实现经济的健康可持续发展具有重要意义。同时,根据燃料设计理念,乙醇低十六烷值和高汽化潜热的特点,有利于实现二甲醚-乙醇混合燃料的预混合燃烧,降低尾气排放,有效缓解城市的空气污染。本文以一台电控增压二甲醚发动机为研究对象,研究了乙醇含量对二甲醚发动机燃烧特性的影响,并采用喷射策略和废气再循环(EGR)实现了二甲醚-乙醇混合燃料的预混合燃烧。搭建了一套电控增压二甲醚发动机试验系统。试验系统主要包括一台直列六缸四冲程直喷电控增压二甲醚发动机、电涡流测控机、燃烧分析仪、发动机尾气测试系统、电子天平等。考察了不同转速、负荷下,乙醇含量对二甲醚发动机燃烧特性的影响,研究结果表明:随着转速和负荷的增大,各燃料的燃烧逐渐向扩散燃烧发展。混合乙醇,燃烧向预混燃烧发展;但随着负荷的增大,乙醇的作用逐渐减弱。与纯二甲醚相比,二甲醚-乙醇混合燃料的最大压力升高率增加明显,这限制了乙醇的混合比例。相较于纯二甲醚,二甲醚-乙醇混合燃料不仅同样实现了无烟燃烧,还有助于降低NOx排放;随着负荷的增大,NOx降低幅度增大,最大降幅达到20.3%;但混合燃料的HC、CO排放和有效燃油消耗率有所上升。采用多段喷射策略,考察了主喷时刻、预喷时刻和预喷量对二甲醚-乙醇混合燃料燃烧和排放特性的影响,研究结果表明:主喷时刻推迟,缸内压力曲线从单峰向双峰转变,NOx排放明显降低,HC和CO排放,有效燃油消耗率和排温有所升高。随着主喷时刻的推迟,乙醇对降低NOx排放的作用更加显著,但过度推迟主喷时刻会导致燃烧恶化。采用预喷策略实现三阶段放热:预喷燃料的低温反应,预喷燃料的高温反应和主喷燃料的扩散燃烧。预喷燃料发生了预混燃烧,有利于降低NOx排放。NOx排放随预喷时刻先下降后上升,随预喷量先快速下降后基本保持不变,这说明存在一个最佳的喷射策略使NOx排放最低。不同喷射策略下,相较于纯二甲醚,混合燃料都有利于降低NOx排放,但最大压力升高率普遍较高,HC和CO排放上升。研究了废气再循环对二甲醚-乙醇混合燃料预混燃烧的影响,研究结果表明:随着EGR率的增大,缸内燃烧压力降低,预混燃烧比例增大,减小了NOx排放,但最大压力升高率,HC、CO排放和有效燃油消耗率有所增大。通过结合燃料设计、喷射策略和废气再循环实现了二甲醚-乙醇混合燃料的预混合燃烧,此时NOx排放均低于100 ppm。乙醇含量越大,实现预混合燃烧所需要的EGR率越小。
【关键词】：二甲醚-乙醇混合燃料 电控二甲醚发动机 预混燃烧 喷射策略 燃料设计
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 符号和缩写8-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 引言11-13
• 1.2 柴油机代用燃料及其研究现状13-17
• 1.3 柴油机预混燃烧模式与扩散燃烧模式比较17-19
• 1.4 二甲醚混燃醇类燃料的研究现状19-21
• 1.5 本文主要研究内容21-23
• 第二章 试验系统、试验燃料与试验方法23-31
• 2.1 概述23
• 2.2 二甲醚发动机试验系统23-26
• 2.3 试验燃料26-27
• 2.4 试验方法27-28
• 2.5 重要参数定义28-29
• 2.6 本章小结29-31
• 第三章 乙醇含量对二甲醚发动机燃烧的影响31-43
• 3.0 概述31
• 3.1 发动机燃烧试验方案31
• 3.2 对燃烧特性的影响31-37
• 3.3 对排放特性的影响37-40
• 3.4 对性能的影响40-41
• 3.5 本章小结41-43
• 第四章 喷射策略对二甲醚-乙醇混合燃料预混燃烧的影响43-68
• 4.1 概述43
• 4.2 主喷时刻对燃烧的影响43-52
• 4.2.1 对燃烧特性的影响43-49
• 4.2.2 对排放特性的影响49-51
• 4.2.3 对性能的影响51-52
• 4.3 预喷时刻对燃烧的影响52-59
• 4.3.1 对燃烧特性的影响53-56
• 4.3.2 对排放特性的影响56-58
• 4.3.3 对性能的影响58-59
• 4.4 预喷量对燃烧的影响59-66
• 4.4.1 对燃烧特性的影响59-64
• 4.4.2 对排放特性的影响64-66
• 4.4.3 对性能的影响66
• 4.5 本章小结66-68
• 第五章 EGR率对二甲醚-乙醇混合燃料预混燃烧的影响68-77
• 5.1 引言68
• 5.2 对燃烧特性的影响68-71
• 5.3 对排放特性的影响71-73
• 5.4 对性能的影响73-75
• 5.5 本章小结75-77
• 第六章 全文总结与展望77-79
• 6.1 全文总结77-78
• 6.2 展望78-79
• 参考文献79-85
• 致谢85-86
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文86-88

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本文编号：657251