生物柴油—柴油混合燃料在发动机上的应用研究

发布时间：2017-09-09 06:52

  本文关键词：生物柴油—柴油混合燃料在发动机上的应用研究

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【摘要】：为了更好地解决能源匮乏和环境污染两大问题,发展新能源势在必行。利用AVL Fire软件对WP10.340E32柴油机燃烧室进行三维建模并划分动网格。研究发动机在不同工况下,分别燃用B0、B10、B20、B30、B40和B50时的外特性和负荷特性。得到了在不同生物柴油掺烧比时发动机扭矩、功率、燃油消耗率、NOx和soot的变化曲线。最终综合考虑动力性、经济性和排放特性确定了合理的掺烧比例。逐个分析了喷油器参数中喷孔直径、喷孔数目、喷油提前角和喷雾锥角对WP10.340E32发动机燃用B20时燃烧性能和排放特性的影响。利用正交试验设计方法,通过极差分析和方差分析确定了喷油器参数对发动机动力性、经济性和排放性影响的主次关系和显著性程度,并分别匹配优化出适合每个指标的喷油器参数组合。为了更好地满足日益严格的排放法规,同时兼顾发动机动力性和燃油消耗率得出最优匹配方案为:喷孔直径为0.25mm,喷孔数目为8,喷油提前角为10℃A,喷雾锥角为145°。为了解决燃用生物柴油导致NOx生成量增加的问题,研究了不同EGR(Exhaust Gas Recirculation)率(0、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25)对燃用生物柴油发动机的性能影响。研究表明,采用废气再循环技术可以在保证soot排放量变化不大的情况下明显降低NOx生成量。生物柴油以其良好的燃烧特性更能适应EGR技术,很好地控制了两者之间的此消彼长关系。研究结果为生物柴油在重型柴油车上的实际应用提供了重要的理论依据。
【关键词】：生物柴油 FIRE 柴油机 掺烧比 喷油系统参数 EGR
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK427
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 研究背景11-15
• 1.1.1 能源危机11-13
• 1.1.2 环境污染13-14
• 1.1.3 柴油机排放法规14-15
• 1.2 生物柴油应用的发展15-16
• 1.3 国内外发动机燃用生物柴油的研究现状16-17
• 1.4 EGR在发动机上的应用研究17-19
• 1.4.1 EGR简介17-18
• 1.4.2 EGR的研究现状18-19
• 1.4.3 EGR对发动机NOx排放特性的影响19
• 1.5 课题研究方法19-21
• 1.5.1 内燃机燃烧模拟的发展19-20
• 1.5.2 内燃机燃烧模拟的发展意义20-21
• 1.6 课题来源和主要研究内容21
• 1.7 课题研究目标和意义21-22
• 第2章 柴油机缸内燃烧数学模型22-34
• 2.1 基本控制方程22-23
• 2.1.1 质量守恒方程22
• 2.1.2 动量守恒方程22-23
• 2.1.3 能量守恒方程23
• 2.2 湍流常用模型23-24
• 2.2.1 k-?ε-模型23
• 2.2.2 k-ζ-f模型23-24
• 2.3 喷雾模型24-29
• 2.3.1 液滴蒸发模型25-26
• 2.3.2 液滴破碎模型26-27
• 2.3.3 液滴碰壁模型27-28
• 2.3.4 液滴湍流扩散模型28-29
• 2.4 燃烧模型29-32
• 2.4.1 着火模型29-30
• 2.4.2 湍流控制燃烧模型30-31
• 2.4.3 燃烧子模型31-32
• 2.5 排放模型32-33
• 2.5.1 氮氧化物生成模型32-33
• 2.5.2 碳烟生成模型33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 柴油机缸内燃烧过程仿真模型的建立及验证34-41
• 3.1 研究对象相关参数34-35
• 3.2 燃烧室模型建立和网格划分35-36
• 3.3 模拟计算条件的设置36-39
• 3.3.1 计算时间步长36-37
• 3.3.2 边界条件37-38
• 3.3.3 初始条件38-39
• 3.4 发动机计算模型的验证39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 生物柴油—柴油混合燃料对发动机性能的影响研究41-50
• 4.1 外特性研究分析41-46
• 4.1.1 动力性对比分析42-43
• 4.1.2 经济性对比分析43-44
• 4.1.3 排放特性对比分析44-46
• 4.2 负荷特性研究分析46-48
• 4.2.1 经济性对比分析46-47
• 4.2.2 排放特性对比分析47-48
• 4.3 最佳混合燃料掺烧比的确定48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 喷油器参数对发动机燃用B20时性能的影响研究50-69
• 5.1 喷孔直径对发动机燃用B20性能影响的研究50-53
• 5.1.1 喷孔直径对发动机动力性的影响50-51
• 5.1.2 喷孔直径对发动机经济性的影响51
• 5.1.3 喷孔直径对发动机排放性的影响51-53
• 5.2 喷孔数目对发动机燃用B20性能影响的研究53-55
• 5.2.1 喷孔数目对发动机动力性的影响53
• 5.2.2 喷孔数目对发动机经济性的影响53-54
• 5.2.3 喷孔数目对发动机排放性的影响54-55
• 5.3 喷油提前角对发动机燃用B20性能影响的研究55-58
• 5.3.1 喷油提前角对发动机动力性的影响55-56
• 5.3.2 喷油提前角对发动机经济性的影响56
• 5.3.3 喷油提前角对发动机排放性的影响56-58
• 5.4 喷雾锥角对发动机燃用B20性能影响的研究58-60
• 5.4.1 喷雾锥角对发动机动力性的影响58
• 5.4.2 喷雾锥角对发动机经济性的影响58-59
• 5.4.3 喷雾锥角对发动机排放性的影响59-60
• 5.5 喷油器参数的多因素匹配60-67
• 5.5.1 模拟因素与水平的选取60-61
• 5.5.2 正交试验方案与结果61
• 5.5.3 计算结果极差分析61-66
• 5.5.4 计算结果方差分析66
• 5.5.5 综合指标的最优方案确定与验证66-67
• 5.6 本章小结67-69
• 第6章 EGR率对柴油机燃用B20时性能的影响研究69-74
• 6.1 EGR率对柴油机燃用B20时的动力性影响69-70
• 6.2 EGR率对柴油机燃用B20时的经济性影响70
• 6.3 EGR率对柴油机燃用B20时的排放性影响70-72
• 6.3.1 EGR率对NOx排放的影响70-71
• 6.3.2 EGR率对soot排放的影响71-72
• 6.4 本章小结72-74
• 结论74-75
• 参考文献75-78
• 致谢78-79
• 导师简介79-80
• 作者简介80-81
• 学位论文数据集81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 董红义;帅石金;李儒龙;王建昕;;柴油机排气后处理技术最新进展与发展趋势[J];小型内燃机与摩托车;2007年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 邢春鸿;直喷式柴油机燃用生物柴油的性能与排放研究[D];太原理工大学;2007年

2 李小粉;高比例二甲醚柴油混合燃料燃烧及排放过程的仿真研究[D];太原理工大学;2010年

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本文编号：818956