二氧化碳氧气环境对柴油燃烧特性的影响研究
发布时间：2021-06-06 15:46
柴油机具有热效率高、可靠性强、适应性好、比油耗低等优点,广泛应用于工程机械、运输车辆和军事装备中。然而,柴油机的排放污染物不容忽视,其中包括大量的二氧化碳、氮氧化物和颗粒物。特别是在隧道、地铁、水下等空气不流通的封闭环境中,二氧化碳的排放需要严格控制。液氧固碳闭式循环柴油机能有效减少排放物对工作人员的影响,满足日益严格的排放要求。柴油在该系统下进行燃烧时,背景气体为二氧化碳/氧气的混合物。因此,对柴油在该成分背景气体下燃烧特性的研究甚为迫切。本文针对不同二氧化碳/氧气环境下柴油的燃烧特性的进行研究,采用计算和试验相结合的方式来展开研究。首先,提出了柴油在二氧化碳/氧气环境中喷雾燃烧的动态化学当量比模型,建立了定容燃烧弹物理模型和柴油表征燃料（正庚烷）的化学模型,基于Converge燃烧仿真软件进行了计算,得到了柴油在二氧化碳/氧气环境下燃烧的火焰浮起长度及火焰温度云图的分布情况。其次,搭建了定容燃烧弹与高速摄像机相结合的可视化试验系统,详细介绍了系统组成、操作流程及试验工况。对柴油喷雾燃烧过程进行可视化试验,利用直拍法获得了不同二氧化碳/氧气环境下柴油喷雾燃烧的过程图像。最后,对柴油在...
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
013-2019年机动车及汽车保有量
necal等[21]采用等温法测得火焰浮起长度，选择2200K作为高温区域边缘。他们把高温区域边缘到喷油器的距离定义为火焰浮起长度。JesúsBenajes等[22]利用纹影法和激光诱导荧光技术对柴油发动机燃烧网格中火焰浮起长度进行研究，结果表明化学发光和纹影技术对测得氧浓度和环境密度的影响较小，测量值的绝对值仍然很接近。Zhang等[23]将喷油器到信号强度达到50%的位置之间的轴向距离定义为火焰浮起长度。本文在计算中，从喷油器到2200K的距离被定义为火焰浮起长度。而在试验中，从喷油器孔到火焰边缘的距离定义为火焰浮起长度如图1-2,1-3所示。国内外研究者已经对柴油火焰浮起长度进行了大量研究。孙旭阳[24]研究表明，随着初始进气温度的降低，柴油喷雾火焰浮起长度逐渐增加。赵昌普等[19]通过三维数值模拟研究了缸内燃烧过程，总结出柴油火焰浮起长度随进气压力的增大而减小的规律。Ito等[25]在研究柴油喷雾燃烧时得出柴油火焰浮起长度与炭烟的形成有着显著的关系。Taskiran等[26]对不同类型燃料火焰浮起长度的变化规律进行研究。结果表明，热值相似的不同类型的燃料，其火焰浮起长度基本一致。Takayuki等[27]研究了乙炔-氧-氮气环境下的柴油火焰浮起长度，得出火焰浮起长度与空气夹带有显著关系的结论。结果表明，随着环境温度和氧气浓度的降低，稳定阶段的柴油火焰浮起长度增大；LyleM.Pickett等[28]研究了燃料着火速率对火焰浮起长度的影响，得出柴油火焰浮起长度随燃料点火延迟时间的缩短而减小的结论。之前，他们研究了平面壁面射流和自由射流下的火焰浮起长度。结果表明，在相同的条件下，只改变射流方式对火焰浮起长度的影响较小；其中，平面壁面射流方法并不会对火焰浮起长度产生影响[29]。图1-2试验中火焰浮起长度测量示意图Fig.1-2Sch
第1章绪论5图1-3计算中火焰浮起长度测量示意图Fig.1-3Schematicdiagramofflamelift-offlengthmeasurementinsimulation1.2.2柴油富氧燃烧国内外现状上述研究者对柴油在空气环境中火焰浮起长度的变化规律进行了研究。还有一些研究者对柴油在富氧环境中燃烧进行研究。火焰浮起长度对柴油卷吸空气和炭烟的形成有重要影响，同时柴油在富氧环境下着火与燃烧的研究也有重要意义。李胜琴等[30]对柴油发动机富氧燃烧进行理论分析，研究结果表明柴油在柴油机内富氧的环境下燃烧时，由于氧气的含量提高，柴油的动力性增大，放热率增大，热损失降低，排放污染物NOx等降低，提高了柴油的利用率，达到了移动源节能减排的目的。谭亲明等[31-32]通过AVL-Fire软件对柴油机进行数值计算，研究了柴油在氧气、氮气和二氧化碳环境下低氮燃烧和排放特性，当进气中的氮气比例高于空气总含量的一半时，任何二氧化碳/氧气比例都无法突破NOx-C的排放瓶颈，但当进气中不含氮气时，50%二氧化碳/50%氧气进气组分可以使柴油机稳定工作，同时氮氧化物的排放量极低，其值可忽略。张韦等[33]对通入不同体积分数氧气的柴油机富氧进气燃用柴油进行了研究，结果表明随着氧含量的增加，缸内爆发压力的极值有所增加，循环速率降低，着火延迟缩短。陈汉玉等[34-35]对比常规空气与二氧化碳/氧气环境下缸内平均温度的变化情况。当供油提起前角不改变时，35%二氧化碳/65%氧气是最优选择。王作峰等[36]在二氧化碳/氧气环境中进行了柴油机燃烧试验，并对其起动性与排放特性进行试验研究。得出了在氧气浓度为60%时仍可正常运行，HC、CO的排放量增加，NOx排放量减少的结论。王对对等[37]也对二氧化碳/氧气环境中柴油机的燃烧规律进行研究，验证了该环境中柴油机正常工作的可行性，得到了该?
【参考文献】：
期刊论文
[1]在O2/CO2环境下汽油燃烧特性研究[J]. 姚磊,朱昌吉,刘宇. 工程热物理学报. 2019(04)
[2]低氮环境下柴油机燃烧及排放特性数值模拟[J]. 谭亲明,胡以怀,张旭升,张洪升. 武汉大学学报(工学版). 2018(11)
[3]浅谈柴油机排放尾气及控制技术[J]. 李志远,郭朋彦,陈磊,周鹏,阿俊利. 河南科技. 2017(23)
[4]柴油在O2/CO2氛围下燃烧特性模拟和试验[J]. 赵天朋,刘永峰,何旭,李志军,姚圣卓. 内燃机学报. 2017(05)
[5]新型柴油机增压技术与排放控制[J]. 赵文珅. 科技展望. 2017(25)
[6]Simulation and Experiment for Oxygen-enriched Combustion Engine Using Liquid Oxygen to Solidify CO2[J]. LIU Yongfeng,JIA Xiaoshe,PEI Pucheng,LU Yong,YI Li,SHI Yan. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2016(01)
[7]柴油机低氮燃烧及排放性能研究[J]. 谭亲明,胡以怀. 内燃机工程. 2016(06)
[8]基于解耦法构建柴油表征燃料的骨架机理[J]. 常亚超,贾明,刘耀东,李耀鹏,解茂昭,尹洪超. 工程热物理学报. 2014(12)
[9]基于HCCI发动机着火特性的柴油三组分表征燃料详细化学动力学模型[J]. 黄冠宇,陈嘉雯,何柳,李潜,郎静. 内燃机学报. 2014(05)
[10]用液氧固碳技术的内燃机富氧燃烧数值模拟和试验[J]. 刘永峰,贾晓社,裴普成,卢勇. 汽车安全与节能学报. 2014(01)
博士论文
[1]甲醇/生物柴油混合燃料雾化及着火过程的研究[D]. 李瑞娜.江苏大学 2016
硕士论文
[1]生物柴油喷雾特性的数值模拟和试验研究[D]. 黄文杰.中北大学 2019
[2]超高压柴油雾化及燃烧特性的三维数值模拟研究[D]. 林伟迪.北京交通大学 2019
[3]掺氢对丁醇点燃式发动机起动及怠速性能影响的仿真研究[D]. 黄珊.吉林大学 2018
[4]无氮环境下汽油定容燃烧可视化研究[D]. 姚磊.吉林大学 2018
[5]柴油机燃烧火焰浮起长度的研究[D]. 孙旭阳.河南科技大学 2010
本文编号：3214682
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
013-2019年机动车及汽车保有量
necal等[21]采用等温法测得火焰浮起长度，选择2200K作为高温区域边缘。他们把高温区域边缘到喷油器的距离定义为火焰浮起长度。JesúsBenajes等[22]利用纹影法和激光诱导荧光技术对柴油发动机燃烧网格中火焰浮起长度进行研究，结果表明化学发光和纹影技术对测得氧浓度和环境密度的影响较小，测量值的绝对值仍然很接近。Zhang等[23]将喷油器到信号强度达到50%的位置之间的轴向距离定义为火焰浮起长度。本文在计算中，从喷油器到2200K的距离被定义为火焰浮起长度。而在试验中，从喷油器孔到火焰边缘的距离定义为火焰浮起长度如图1-2,1-3所示。国内外研究者已经对柴油火焰浮起长度进行了大量研究。孙旭阳[24]研究表明，随着初始进气温度的降低，柴油喷雾火焰浮起长度逐渐增加。赵昌普等[19]通过三维数值模拟研究了缸内燃烧过程，总结出柴油火焰浮起长度随进气压力的增大而减小的规律。Ito等[25]在研究柴油喷雾燃烧时得出柴油火焰浮起长度与炭烟的形成有着显著的关系。Taskiran等[26]对不同类型燃料火焰浮起长度的变化规律进行研究。结果表明，热值相似的不同类型的燃料，其火焰浮起长度基本一致。Takayuki等[27]研究了乙炔-氧-氮气环境下的柴油火焰浮起长度，得出火焰浮起长度与空气夹带有显著关系的结论。结果表明，随着环境温度和氧气浓度的降低，稳定阶段的柴油火焰浮起长度增大；LyleM.Pickett等[28]研究了燃料着火速率对火焰浮起长度的影响，得出柴油火焰浮起长度随燃料点火延迟时间的缩短而减小的结论。之前，他们研究了平面壁面射流和自由射流下的火焰浮起长度。结果表明，在相同的条件下，只改变射流方式对火焰浮起长度的影响较小；其中，平面壁面射流方法并不会对火焰浮起长度产生影响[29]。图1-2试验中火焰浮起长度测量示意图Fig.1-2Sch
第1章绪论5图1-3计算中火焰浮起长度测量示意图Fig.1-3Schematicdiagramofflamelift-offlengthmeasurementinsimulation1.2.2柴油富氧燃烧国内外现状上述研究者对柴油在空气环境中火焰浮起长度的变化规律进行了研究。还有一些研究者对柴油在富氧环境中燃烧进行研究。火焰浮起长度对柴油卷吸空气和炭烟的形成有重要影响，同时柴油在富氧环境下着火与燃烧的研究也有重要意义。李胜琴等[30]对柴油发动机富氧燃烧进行理论分析，研究结果表明柴油在柴油机内富氧的环境下燃烧时，由于氧气的含量提高，柴油的动力性增大，放热率增大，热损失降低，排放污染物NOx等降低，提高了柴油的利用率，达到了移动源节能减排的目的。谭亲明等[31-32]通过AVL-Fire软件对柴油机进行数值计算，研究了柴油在氧气、氮气和二氧化碳环境下低氮燃烧和排放特性，当进气中的氮气比例高于空气总含量的一半时，任何二氧化碳/氧气比例都无法突破NOx-C的排放瓶颈，但当进气中不含氮气时，50%二氧化碳/50%氧气进气组分可以使柴油机稳定工作，同时氮氧化物的排放量极低，其值可忽略。张韦等[33]对通入不同体积分数氧气的柴油机富氧进气燃用柴油进行了研究，结果表明随着氧含量的增加，缸内爆发压力的极值有所增加，循环速率降低，着火延迟缩短。陈汉玉等[34-35]对比常规空气与二氧化碳/氧气环境下缸内平均温度的变化情况。当供油提起前角不改变时，35%二氧化碳/65%氧气是最优选择。王作峰等[36]在二氧化碳/氧气环境中进行了柴油机燃烧试验，并对其起动性与排放特性进行试验研究。得出了在氧气浓度为60%时仍可正常运行，HC、CO的排放量增加，NOx排放量减少的结论。王对对等[37]也对二氧化碳/氧气环境中柴油机的燃烧规律进行研究，验证了该环境中柴油机正常工作的可行性，得到了该?
【参考文献】：
期刊论文
[1]在O2/CO2环境下汽油燃烧特性研究[J]. 姚磊,朱昌吉,刘宇. 工程热物理学报. 2019(04)
[2]低氮环境下柴油机燃烧及排放特性数值模拟[J]. 谭亲明,胡以怀,张旭升,张洪升. 武汉大学学报(工学版). 2018(11)
[3]浅谈柴油机排放尾气及控制技术[J]. 李志远,郭朋彦,陈磊,周鹏,阿俊利. 河南科技. 2017(23)
[4]柴油在O2/CO2氛围下燃烧特性模拟和试验[J]. 赵天朋,刘永峰,何旭,李志军,姚圣卓. 内燃机学报. 2017(05)
[5]新型柴油机增压技术与排放控制[J]. 赵文珅. 科技展望. 2017(25)
[6]Simulation and Experiment for Oxygen-enriched Combustion Engine Using Liquid Oxygen to Solidify CO2[J]. LIU Yongfeng,JIA Xiaoshe,PEI Pucheng,LU Yong,YI Li,SHI Yan. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2016(01)
[7]柴油机低氮燃烧及排放性能研究[J]. 谭亲明,胡以怀. 内燃机工程. 2016(06)
[8]基于解耦法构建柴油表征燃料的骨架机理[J]. 常亚超,贾明,刘耀东,李耀鹏,解茂昭,尹洪超. 工程热物理学报. 2014(12)
[9]基于HCCI发动机着火特性的柴油三组分表征燃料详细化学动力学模型[J]. 黄冠宇,陈嘉雯,何柳,李潜,郎静. 内燃机学报. 2014(05)
[10]用液氧固碳技术的内燃机富氧燃烧数值模拟和试验[J]. 刘永峰,贾晓社,裴普成,卢勇. 汽车安全与节能学报. 2014(01)
博士论文
[1]甲醇/生物柴油混合燃料雾化及着火过程的研究[D]. 李瑞娜.江苏大学 2016
硕士论文
[1]生物柴油喷雾特性的数值模拟和试验研究[D]. 黄文杰.中北大学 2019
[2]超高压柴油雾化及燃烧特性的三维数值模拟研究[D]. 林伟迪.北京交通大学 2019
[3]掺氢对丁醇点燃式发动机起动及怠速性能影响的仿真研究[D]. 黄珊.吉林大学 2018
[4]无氮环境下汽油定容燃烧可视化研究[D]. 姚磊.吉林大学 2018
[5]柴油机燃烧火焰浮起长度的研究[D]. 孙旭阳.河南科技大学 2010
本文编号：3214682
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