轻型车用柴油机预混合低温燃烧碳烟生成特性数值模拟研究

发布时间：2017-09-23 09:36

  本文关键词：轻型车用柴油机预混合低温燃烧碳烟生成特性数值模拟研究

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【摘要】：近年来,随着排放法规的日益严格以及环境问题的日益凸显,低碳烟排放的高效清洁燃烧成为柴油机发展的热点和趋势。柴油机预混合低温燃烧技术因其在实现超低碳烟排放方面的潜力,成为实现高效清洁燃烧的重要手段之一。然而预混合低温模式与传统燃烧模式相比,呈现相异的燃烧特征,致使两种模式下的碳烟生成特性呈现不同之处。随着柴油机预混合低温燃烧技术的进一步发展,新型燃烧模式下的碳烟生成特性亟需进行机理性探究。本文以发动机台架试验验证为基础,利用CFD数值模拟研究的手段,在充分考虑新型燃烧模式下燃烧氛围的复杂多变性对碳烟生成的影响的基础上,通过对燃烧控制参数以及两级喷射策略对预混合低温燃烧碳烟生成特性的影响研究,探究预混合低温燃烧模式下的碳烟生成特性,主要工作及结论如下:(1)分析了预混合低温燃烧和传统燃烧模式下碳烟生成特性,结果表明两种模式下燃烧过程和碳烟排放过程具有较大差异性,早喷策略下预混合低温燃烧模式由于采用适时早喷耦合EGR,使得滞燃期较长,混合较为均匀,着火前缸内当量比-温度分布呈现集中且当量比较小趋势,传统燃烧模式下则呈现扩散趋势且存在过浓区。且高EGR率下,缸内燃烧温度得到了较好控制,使得其较之传统燃烧模式,取得更为低的碳烟排放。(2)分析了喷射正时、EGR率对柴油机预混合低温燃烧碳烟生成特性的影响。结果表明:适时早喷条件下,碳烟的生成和氧化量同时增加,且对碳烟的氧化作用占据主导作用,致使碳烟生成量降低。喷射过于提前,虽然可以有效抑制碳烟的生成和氧化,但是碳烟生成作用占据主导作用,碳烟反而有所上升。EGR率增大对碳烟的生成和氧化作用都起到抑制作用,对碳烟氧化的抑制作用起主导作用,使得碳烟生成增加。随着EGR率的进一步增加,对碳烟生成的抑制作用起主导作用,使得碳烟生成有所降低。(3)分析了两级喷射策略对预混合低温燃烧碳烟生成特性的影响。结果表明:随着预喷正时的提前,C2H2和OH基生成上升,同时促进了碳烟的生成和氧化,但其对碳烟生成的促进作用占据主导作用,使得碳烟排放增加。随着预喷正时进一步提前,OH基生成降低,对碳烟氧化反应促进作用进一步减弱,碳烟排放进一步恶化;随着预喷油量增加,乙炔和OH基生成上升,同时促进了碳烟的生成和氧化,但是对碳烟氧化的促进作用占据主导作用,使得碳烟排放降低。随着预喷油量进一步增加,虽然碳烟成核和表面生长组分乙炔的生成降低,碳烟表面氧化组分OH基生成增加,其对生成促进作用占据主导作用,使得碳烟呈现上升的趋势。预喷策略存在一个合适的预喷射正时以及预喷油量范围,实现较低的碳烟排放;随着主后喷正时间隔的增加,碳烟关联组分呈现两级变化,且后喷阶段变化随后喷正时的推迟而推迟。碳烟呈现先下降后上升趋势;随着后喷射油量的增加,碳烟关联组分同样呈现两级变化,后喷阶段变化幅度有所增大。碳烟呈现单调上升的趋势。
【关键词】：柴油机 燃烧 排放 多次喷射
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.172
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 引言11-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 新型燃烧模式的提出13-14
• 1.2.2 碳烟生成机理研究现状14-16
• 1.3 课题的提出16
• 1.4 本文主要研究内容16-18
• 第二章 预混合低温燃烧碳烟生成特性数值模拟18-38
• 2.1 柴油机基本参数及网格建立18-20
• 2.2 数学模型20-27
• 2.3 燃烧过程参数定义27-30
• 2.4 模型验证30-32
• 2.4.1 边界条件30
• 2.4.2 台架试验30-31
• 2.4.3 模型验证31-32
• 2.5 预混合低温燃烧碳烟生成特性数值模拟32-36
• 2.6 本章小结36-38
• 第三章 喷射正时及EGR对预混合低温燃烧碳烟生成特性影响38-51
• 3.1 喷射正时对碳烟生成的影响38-44
• 3.1.1 喷射正时对混合气形成的影响39-41
• 3.1.2 喷射正时对燃烧过程的影响41
• 3.1.3 喷射正时对碳烟生成特性的影响41-44
• 3.2 EGR率对碳烟生成的影响44-50
• 3.2.1 EGR率对混合气形成的影响45-46
• 3.2.2 EGR率对燃烧过程的影响46-47
• 3.2.3 EGR率对碳烟生成特性的影响47-50
• 3.3 本章小结50-51
• 第四章 两级喷射对预混合低温燃烧碳烟生成特性的影响51-63
• 4.1 预喷对碳烟生成的影响52-57
• 4.1.1 预喷正时对燃烧过程的影响52-53
• 4.1.2 预喷正时对碳烟生成特性的影响53-55
• 4.1.3 预喷油量对燃烧过程的影响55
• 4.1.4 预喷油量对碳烟生成特性的影响55-57
• 4.2 后喷对碳烟生成的影响57-62
• 4.2.1 后喷正时对燃烧过程的影响57-58
• 4.2.2 后喷正时对碳烟生成特性的影响58-59
• 4.2.3 后喷油量对燃烧过程的影响59-60
• 4.2.4 后喷油量对碳烟生成特性的影响60-62
• 4.3 本章小结62-63
• 第五章 总结与展望63-65
• 5.1 研究工作总结63-64
• 5.2 工作展望64-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士期间发表的相关论文与专利70

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