基于OpenFOAM的纳米高能粒子对柴油发动机燃烧性能影响的研究
发布时间：2021-08-02 20:30
国内外的实验研究表明,将纳米高能粒子作为柴油添加剂加入柴油中,能够降低柴油发动机的油耗和部分排放。本文利用计算流体动力学理论和Open FOAM软件,以柴油机1/4燃烧室为研究对象,对燃烧室内的喷油燃烧过程进行数值模拟,来研究纳米高能粒子对柴油机燃烧性能的影响。本文首先根据美国Sandia ECN的公开验证模型,在Open FOAM中对纯柴油的喷油和喷油燃烧过程进行建模,确定了喷油和燃烧过程中的喷嘴模型、数学模型（包含喷雾模型、相变模型、燃烧模型等）、柴油燃烧的反应机理等,并将其与相应的实验数据对比,来验证建模的准确性。然后,本文基于一步燃烧过程建立了纳米高能粒子的燃烧模型,并将其与纯柴油的喷油燃烧模型进行耦合。为了实现在燃烧室内的数值模拟,本文还建立了1/4燃烧室的模型,完成了网格划分与初始条件和边界条件的确定,并且完成了从时域控制到角度域控制的转换,以及在活塞运动过程中网格的变化规律。根据以上模型,本文对燃烧室内压缩-膨胀行程的喷油燃烧过程进行了数值模拟。模拟结果表明,在高负荷工况下,纳米高能粒子能使柴油燃烧更为充分,从而使柴油的燃烧热提升,燃油消耗率降低,温度和压力升高,并且未燃...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
OpenFOAM算例文件夹结构（部分）示意图
2柴油定容喷射过程的数值模拟与验证硕士学位论文14dp"=dp-234mPCπρPC3(2.26c)其中，mp"、mc"和dp"分别表示相变后离散相质量、连续相质量和离散相液滴直径，ρPC表示发生相变的物质的密度。此外，相变引起的热量变化通过潜热L来衡量：L=Hc-Hp(2.27)其中，Hc和Hp分别为连续相中的蒸汽和离散相液滴单位质量的焓；Hc和Hp都与温度和压力有关。2.2.3喷嘴模型与容器模型柴油喷油器的油束是圆锥形的，因此选择锥形单孔喷嘴模型进行模拟，而无需建立真实的喷油器模型。该模型的示意图如图2.2所示。定容喷射的容器为20mm×20mm×100mm的立方体，其包含坐标方向定义的示意图如图2.3所示（坐标系原点为侧面正方形的中心）。图2.2喷嘴模型示意图图2.3定容容器模型示意图
2柴油定容喷射过程的数值模拟与验证硕士学位论文14dp"=dp-234mPCπρPC3(2.26c)其中，mp"、mc"和dp"分别表示相变后离散相质量、连续相质量和离散相液滴直径，ρPC表示发生相变的物质的密度。此外，相变引起的热量变化通过潜热L来衡量：L=Hc-Hp(2.27)其中，Hc和Hp分别为连续相中的蒸汽和离散相液滴单位质量的焓；Hc和Hp都与温度和压力有关。2.2.3喷嘴模型与容器模型柴油喷油器的油束是圆锥形的，因此选择锥形单孔喷嘴模型进行模拟，而无需建立真实的喷油器模型。该模型的示意图如图2.2所示。定容喷射的容器为20mm×20mm×100mm的立方体，其包含坐标方向定义的示意图如图2.3所示（坐标系原点为侧面正方形的中心）。图2.2喷嘴模型示意图图2.3定容容器模型示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同液滴破碎模型的验证及柴油机在燃气混合过程中的应用[J]. 齐文亮,明平剑,张文平,彭晔. 航空动力学报. 2018(09)
[2]车用柴油机燃烧室对发动机性能的影响研究[J]. 徐勋,马勇,程渊. 小型内燃机与车辆技术. 2018(04)
[3]CeO2纳米颗粒催化柴油燃烧氧化特性分析[J]. 孟建,刘军恒,孙平,冯浩杰. 农业工程学报. 2016(22)
[4]聚甲氧基二甲醚作为柴油添加剂的优势及行业进展[J]. 林其聪,周翔,刘欣,段艳慧. 化工设计通讯. 2015(02)
[5]无灰型柴油添加剂的研究现状及发展趋势[J]. 夏迪,陈国需,廖梓珺,王红梅,王学春,杜鹏飞. 节能技术. 2015(02)
[6]柴油-天然气掺烧发动机滞燃期的预测[J]. 张承维,肖兵. 华南理工大学学报(自然科学版). 2014(08)
[7]二叔丁基过氧化物对生物柴油燃烧过程及排放的影响[J]. 王忠,瞿磊,李铭迪,陈林. 农业工程学报. 2012(23)
[8]纳米燃料—一种新的储能载体[J]. 宋鹏翔,丁玉龙,文东升. 储能科学与技术. 2012(01)
[9]PaSR湍流燃烧模型对典型湍流射流火焰的数值模拟[J]. 黄威,赵平辉,叶桃红. 工业加热. 2011(03)
[10]一种含碳烟生成的柴油表征燃料化学反应简化机理[J]. 陈文淼,帅石金,王建昕. 内燃机学报. 2010(04)
博士论文
[1]ABE/柴油混合液的喷雾特性和燃烧特性研究[D]. 吴晗.长安大学 2015
[2]柴油燃料燃烧碳烟颗粒生成机理与演变规律的试验和数值研究[D]. 陈亮.华中科技大学 2013
[3]广义RNG湍流模型及其在柴油机低温燃烧模拟中应用的研究[D]. 王宝林.湖南大学 2012
硕士论文
[1]某特种车发动机舱散热系统改装设计与散热性能研究[D]. 张三军.南京理工大学 2018
[2]某车型发动机舱热管理的改进研究[D]. 孔繁华.吉林大学 2016
[3]CNT及MoO3纳米柴油的燃烧过程和排放特性研究[D]. 李显明.江苏大学 2016
[4]某柴油发动机缸内流场和燃烧的数值模拟分析[D]. 段孟华.重庆理工大学 2016
[5]基于OpenFOAM的燃气轮机燃烧室的大涡数值模拟[D]. 曾佑杰.大连理工大学 2015
[6]重型柴油机部分预混压燃模式下燃烧与排放特性的实验及数值模拟研究[D]. 胡洋洋.华中科技大学 2014
[7]适用于HCCI/PCCI发动机的碳烟模型的改进[D]. 王克兆.大连理工大学 2013
[8]TNT、RDX等含能材料在柴油中的分散及其对柴油燃烧性能的影响[D]. 袁中许.南京理工大学 2010
本文编号：3318225
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
OpenFOAM算例文件夹结构（部分）示意图
2柴油定容喷射过程的数值模拟与验证硕士学位论文14dp"=dp-234mPCπρPC3(2.26c)其中，mp"、mc"和dp"分别表示相变后离散相质量、连续相质量和离散相液滴直径，ρPC表示发生相变的物质的密度。此外，相变引起的热量变化通过潜热L来衡量：L=Hc-Hp(2.27)其中，Hc和Hp分别为连续相中的蒸汽和离散相液滴单位质量的焓；Hc和Hp都与温度和压力有关。2.2.3喷嘴模型与容器模型柴油喷油器的油束是圆锥形的，因此选择锥形单孔喷嘴模型进行模拟，而无需建立真实的喷油器模型。该模型的示意图如图2.2所示。定容喷射的容器为20mm×20mm×100mm的立方体，其包含坐标方向定义的示意图如图2.3所示（坐标系原点为侧面正方形的中心）。图2.2喷嘴模型示意图图2.3定容容器模型示意图
2柴油定容喷射过程的数值模拟与验证硕士学位论文14dp"=dp-234mPCπρPC3(2.26c)其中，mp"、mc"和dp"分别表示相变后离散相质量、连续相质量和离散相液滴直径，ρPC表示发生相变的物质的密度。此外，相变引起的热量变化通过潜热L来衡量：L=Hc-Hp(2.27)其中，Hc和Hp分别为连续相中的蒸汽和离散相液滴单位质量的焓；Hc和Hp都与温度和压力有关。2.2.3喷嘴模型与容器模型柴油喷油器的油束是圆锥形的，因此选择锥形单孔喷嘴模型进行模拟，而无需建立真实的喷油器模型。该模型的示意图如图2.2所示。定容喷射的容器为20mm×20mm×100mm的立方体，其包含坐标方向定义的示意图如图2.3所示（坐标系原点为侧面正方形的中心）。图2.2喷嘴模型示意图图2.3定容容器模型示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同液滴破碎模型的验证及柴油机在燃气混合过程中的应用[J]. 齐文亮,明平剑,张文平,彭晔. 航空动力学报. 2018(09)
[2]车用柴油机燃烧室对发动机性能的影响研究[J]. 徐勋,马勇,程渊. 小型内燃机与车辆技术. 2018(04)
[3]CeO2纳米颗粒催化柴油燃烧氧化特性分析[J]. 孟建,刘军恒,孙平,冯浩杰. 农业工程学报. 2016(22)
[4]聚甲氧基二甲醚作为柴油添加剂的优势及行业进展[J]. 林其聪,周翔,刘欣,段艳慧. 化工设计通讯. 2015(02)
[5]无灰型柴油添加剂的研究现状及发展趋势[J]. 夏迪,陈国需,廖梓珺,王红梅,王学春,杜鹏飞. 节能技术. 2015(02)
[6]柴油-天然气掺烧发动机滞燃期的预测[J]. 张承维,肖兵. 华南理工大学学报(自然科学版). 2014(08)
[7]二叔丁基过氧化物对生物柴油燃烧过程及排放的影响[J]. 王忠,瞿磊,李铭迪,陈林. 农业工程学报. 2012(23)
[8]纳米燃料—一种新的储能载体[J]. 宋鹏翔,丁玉龙,文东升. 储能科学与技术. 2012(01)
[9]PaSR湍流燃烧模型对典型湍流射流火焰的数值模拟[J]. 黄威,赵平辉,叶桃红. 工业加热. 2011(03)
[10]一种含碳烟生成的柴油表征燃料化学反应简化机理[J]. 陈文淼,帅石金,王建昕. 内燃机学报. 2010(04)
博士论文
[1]ABE/柴油混合液的喷雾特性和燃烧特性研究[D]. 吴晗.长安大学 2015
[2]柴油燃料燃烧碳烟颗粒生成机理与演变规律的试验和数值研究[D]. 陈亮.华中科技大学 2013
[3]广义RNG湍流模型及其在柴油机低温燃烧模拟中应用的研究[D]. 王宝林.湖南大学 2012
硕士论文
[1]某特种车发动机舱散热系统改装设计与散热性能研究[D]. 张三军.南京理工大学 2018
[2]某车型发动机舱热管理的改进研究[D]. 孔繁华.吉林大学 2016
[3]CNT及MoO3纳米柴油的燃烧过程和排放特性研究[D]. 李显明.江苏大学 2016
[4]某柴油发动机缸内流场和燃烧的数值模拟分析[D]. 段孟华.重庆理工大学 2016
[5]基于OpenFOAM的燃气轮机燃烧室的大涡数值模拟[D]. 曾佑杰.大连理工大学 2015
[6]重型柴油机部分预混压燃模式下燃烧与排放特性的实验及数值模拟研究[D]. 胡洋洋.华中科技大学 2014
[7]适用于HCCI/PCCI发动机的碳烟模型的改进[D]. 王克兆.大连理工大学 2013
[8]TNT、RDX等含能材料在柴油中的分散及其对柴油燃烧性能的影响[D]. 袁中许.南京理工大学 2010
本文编号：3318225
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