基于RCCI燃烧方式的柴油机性能试验及仿真研究

发布时间：2017-09-20 00:36

  本文关键词：基于RCCI燃烧方式的柴油机性能试验及仿真研究

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【摘要】：随着现代化工业的发展,能源与环境问题变得越来越突出,柴油机排放标准的日趋严格和动力性能要求的日益提高,需要改善发动机燃烧效率并且减少柴油机排放污染物。为了实现这个目标,本文通过模拟计算与试验两个部分,利用燃油反应活性控制压燃技术(RCCI)研究了预混合汽油比例以及EGR率对发动机燃烧特性的影响。在模拟方面,本文采用三维CFD软件耦合化学反应动力学机理建立了数值模型,对RCCI燃烧特性和排放污染物做了计算和分析,将汽油用异辛烷替代,柴油用正庚烷替代,改变了汽油比例,进气氧浓度和喷油压力。结果表明在1400转/分,16mg当量循环柴油量工况下,随着汽油比例的增大,缸压与燃烧温度峰值降低,代表柴油的正庚烷在喷入燃烧室后能够与空气更好地混合,使得xNO和碳烟排放浓度降低,然而代表汽油的异辛烷与空气均匀混合气会受到在燃烧室边缘的淬熄效应和缝隙效应产生更多的THC。随着氧浓度的降低,燃烧温度降低,反应物活性减弱,滞燃期增加,xNO排放浓度减少;碳烟不能及时氧化而排放浓度升高。喷油压力增高使得燃油动能增大,缸压升高。在试验方面,以一台单缸柴油机为基础,通过对进气道喷射汽油与空气预混合,缸内直喷柴油引燃,利用汽油高辛烷值、低十六烷值的特点改善燃油反应活性。在小负荷的工况下,随汽油比例的增大,缸内最大爆压和放热率降低,滞燃期增加,燃烧持续期缩短,xNO和碳烟的排放浓度分别下降,而THC和CO排放含量上升;发动机热效率能够维持在柴油机水平。在大负荷工况下,随着汽油比例增大,xNO和碳烟排放浓度下降,由于高温高压,燃料完全燃烧比率增加,使得CO排放有所下降,但缸压峰值和压力升高率上升,可能造成发动机工作粗暴,使用一定比例的EGR能够降低发动机温度,降低缸内压力的峰值和压力升高率。试验和模拟均表明RCCI燃烧能有效降低xNO和碳烟的排放。
【关键词】：反应活性 低温燃烧 汽油比例 排放
【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】：TK427
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 选题背景及意义9-10
• 1.2 内燃机排放污染物的控制技术10-14
• 1.3 内燃机缸内燃烧过程数值模拟14-17
• 1.4 本课题研究的内容及意义17-19
• 2 柴油机燃烧过程计算模型和理论方法19-31
• 2.1 柴油机的燃烧模型19-20
• 2.2 柴油机燃烧过程计算模型和控制方程20-22
• 2.3 湍流模型22-24
• 2.4 燃油喷雾混合模型24-28
• 2.5 燃烧化学反应动力学模型28-29
• 2.6 排放模型29-30
• 2.7 本章小结30-31
• 3 RCCI燃烧方式的柴油机燃烧试验台架结构参数31-36
• 3.1 RCCI燃烧方式的柴油机台架结构31-32
• 3.2 试验台架所用发动机主要参数32-33
• 3.3 试验台架所用喷油系统主要参数33-35
• 3.4 本章小结35-36
• 4 RCCI燃烧方式的柴油机燃烧计算模型的建立和验证36-44
• 4.1 模拟所用软件简介36
• 4.2 柴油机模型的建立及网格划分36-38
• 4.3 求解器与计算模型的参数设置38-42
• 4.4 数值计算模型的验证42-43
• 4.5 本章小结43-44
• 5 RCCI燃烧方式的柴油机缸内燃烧数值模拟仿真44-69
• 5.1 汽油比例对RCCI燃烧与排放影响的模拟计算44-52
• 5.2 EGR率对RCCI燃烧与排放影响的模拟计算52-61
• 5.3 柴油喷油压力对RCCI燃烧与排放影响的模拟计算61-66
• 5.4 模拟和试验对比66-67
• 5.5 本章小结67-69
• 6 RCCI燃烧方式的柴油机试验研究69-88
• 6.1 汽油比例对RCCI燃烧特性的影响69-78
• 6.2 汽油比例对RCCI排放特性的影响78-80
• 6.3 汽油比例对RCCI燃烧效率和指示热效率的影响80-81
• 6.4 EGR率对燃烧特性的影响81-85
• 6.5 EGR率对排放特性的影响85-86
• 6.6 EGR率对指示热效率和燃烧效率的影响86
• 6.7 本章小结86-88
• 7 总结与展望88-91
• 7.1 主要研究工作总结88-89
• 7.2 展望与建议89-91
• 致谢91-92
• 参考文献92-96
• 在学期间发表的学术论文96

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本文编号：884889