F-T柴油表征燃料化学动力学及数值模拟研究

发布时间：2020-11-11 21:46

　　 煤基F-T柴油具有十六烷值高、燃烧效率高、排放污染物少的优点,可以以任意比例与石化柴油混合,被认为是清洁高效的柴油机代用燃料。为了对柴油机燃用F-T柴油的燃烧过程进行多维计算流体力学模拟研究,本文构建了F-T柴油表征燃料化学动力学模型,并利用构建的模型对F-T柴油在不同喷油参数下的工作过程进行数值模拟计算。本文研究成果对于深入了解F-T柴油在缸内的燃烧机理,及F-T柴油的高效清洁利用有重要意义。通过分析试验用F-T柴油的组分构成,本文选用正十四烷和异辛烷构成F-T柴油表征燃料。在构建F-T柴油表征燃料化学动力学模型中,首先对详细的烷烃机理进行了分析简化,构建出烷烃大分子组分主要反应路径,利用解耦法耦合C2-C3子机理、详细的H2/CO/C1子机理构建了正十四烷骨架机理,并利用多种基础反应器实验数据对机理进行了验证优化,结果表明,该机理能准确预测正十四烷在激波管中的滞燃期、射流搅拌器中的主要组分消耗及层流火焰传播速度。最后耦合一个异辛烷大分子组分氧化子机理构成F-T柴油表征燃料骨架机理。其中正十四烷骨架机理包含54个组分175个反应,表征燃料骨架机理包含61个组分187个反应。经验证,该机理能较好预测F-T柴油燃烧特性。基于实际发动机试验台架,利用构建的化学动力学模型,本文构建了发动机多维燃烧模型,并对不同喷油参数条件下F-T柴油的燃烧过程进行数值计算。结果表明增大喷油提前角可以提高缸内最大爆发压力,提高动力性,并且会一定程度降低Soot的生成量,但同时会明显增加NOx排放;较短的喷油持续期可以获得更高的缸内最大爆发压力,提高动力性,并且会使得Soot生成量明显降低,但同时会使得NOx排放显著增加。在仿真计算的工况下,喷油提前角可以选择在-13°CA左右,喷油持续期选择在9°CA-10°CA左右,以获得较好的动力性和经济性。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE626.24
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 F-T柴油研究现状
        1.2.1 F-T柴油的技术原理
        1.2.2 F-T柴油特性
        1.2.3 国内外F-T柴油研究现状
    1.3 表征燃料及化学动力学研究
        1.3.1 燃烧化学动力学机理
        1.3.2 表征燃料研究现状
    1.4 本文研究主要内容
    1.5 课题来源
第二章 耦合化学动力学模型的内燃机多维燃烧模型
    2.1 内燃机燃烧模型
        2.1.1 放热率计算
        2.1.2 零维燃烧模型
        2.1.3 准维燃烧模型
        2.1.4 多维燃烧模型
    2.2 多维燃烧模型基本控制方程
    2.3 计算子模型
        2.3.1 湍流流动模型
        2.3.2 燃油喷雾模型
        2.3.3 燃烧模型
    2.4 发动机多维燃烧模型与化学动力学模型耦合
    2.5 本章小结
第三章 骨架机理模型构建方法的研究
    3.1 基础化学反应速率表达式
    3.2 基础研究工具
        3.2.1 激波管
        3.2.2 射流搅拌反应器（JSR）
        3.2.3 层流火焰传播速度
        3.2.4 均质压燃发动机模型
    3.3 机理简化方法
        3.3.1 主要反应路径分析和生成速率分析
        3.3.2 敏感性分析（SensitivityAnalysis）
        3.3.3 直接关系图法（DRGEP）
    3.4 解耦法
    3.5 本章小结
第四章 F-T柴油表征燃料骨架机理构建及验证
    4.1 F-T柴油表征燃料构建
    4.2 重烷烃（正十四烷）骨架机理构建
    4.3 重烷烃（正十四烷）骨架机理验证
        4.3.1 激波管
        4.3.2 射流搅拌器
        4.3.3 层流火焰速度
        4.3.4 均质压燃发动机
    4.4 表征燃料骨架机理实际发动机验证
        4.4.1 发动机台架试验
        4.4.2 实际发动机验证
    4.5 本章小结
第五章 柴油机燃用F-T柴油工作过程数值计算
    5.1 计算模型
        5.1.1 三维模型的建立
        5.1.2 边界条件
        5.1.3 计算模型
    5.2 喷油时刻对F-T柴油的影响
        5.2.1 缸内压力和缸内平均温度
        5.2.2 缸内温度场分布
        5.2.3 NOx和Soot分布
    5.3 喷油持续期对F-T柴油的影响
        5.3.1 缸内压力和缸内平均温度
        5.3.2 缸内温度场分布
        5.3.3 NOx和Soot分布
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的科研成果

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本文编号：2879783