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进气初始条件对高密度—低温柴油机燃烧和排放的影响

作　者: 万普鹏
导　师: 刘建勋
学　校: 重庆交通大学
专　业: 车辆工程
关键词: 车用柴油机高密度—低温燃烧正交试验法初始条件模拟仿真
分类号: TK421.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

柴油机在HC和CO排放上具有汽油机无法比拟的优势。然而,由于柴油机NOx和碳烟排放存在“此消彼长”关系的缘故,同时降低这两种排放物非常困难.尽管柴油机后处理技术取得一些进展,然而,这种技术距实用化尚待时日。许多学者尝试探索柴油机新的燃烧放式来达到同时降低NOx和碳烟的目的。高密度—低温燃烧技术是从混合与化学过程时间尺度控制的基本概念出发,提出了时间尺度控制燃烧过程(TSCC)的概念。在降低充量初始温度的条件下,可以通过提高增压压力,提高充量密度。现代高强化柴油机在高负荷时,压缩终点的压力超过10MPa,温度超过1000K,传统意义上的着火滞燃期只有100μS左右。在这种“极端”条件下,如何提高热效率,同时实现超低NOx和微粒排放是新一代内燃机燃烧理论和技术的重要课题。高密度——低温燃烧模式有可能成为解决这个难题的有效途径。对柴油机燃烧过程的研究除了传统的实验方法外,利用计算机软件进行相关数值模拟也是一项常用手段。本文系统地论述了缸内燃烧过程的三维数值模拟方法,分析了缸内气相湍流模型、喷雾模型、燃烧模型的建模机理,并利用AVL公司开发的三维模拟软件FIRE,建立柴油机模型,验证模型的准确性,利用正交试验方法设置试验方案,并运用模型模拟了不同初始条件(进气温度,进气压力和EGR)下的柴油机燃烧过程,获得了发动机有关性能指标。研究表明:1)EGR对缸内燃烧的影响最大,进气温度和进气压力次之;2)指示燃油消耗率达到最小值的最佳水平组合为:50%负荷时;EGR取0、进气温度取400C、进气压力取2.7bar;75%负荷时;EGR取0、进气温度取200C、进气压力取2.8bar;100%负荷时;EGR取0、进气温度取200C、进气压力取2.8bar;3)平均指示压力达到最大值的最佳水平组合为:50%负荷时;EGR取0、进气温度取400C、进气压力取2.7bar;75%负荷时;EGR取0、进气温度取200C、进气压力取2.8bar;100%负荷时;EGR取0、进气温度取200C、进气压力取2.8bar;4)碳烟排放量达到最小值的最佳水平组合为:50%负荷时;EGR取0、进气温度取200C、进气压力取2.8bar;75%负荷时;EGR取0、进气温度取200C、进气压力取2.8bar;100%负荷时;EGR取0、进气温度取200C、进气压力取2.8bar;5)NOx排放量达到最小值的最佳水平组合为:50%负荷时;EGR取0.2、进气温度取200C、进气压力取2.6bar;75%负荷时;EGR取0.2、进气温度取400C、进气压力取2.8bar;100%负荷时;EGR取0.2、进气温度取200C、进气压力取2.6bar;最后的综合平衡分析的最优方案是:50%负荷EGR为0.1,进气压力为2.7bar,进气温度为400C;75%负荷EGR为0.1,进气压力为2.8bar,进气温度为200C;100%负荷EGR为0.1,进气压力为2.8bar,进气温度为200C。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-18
  1.1 引言  9
  1.2 低温燃烧的研究发展现状  9-13
  1.3 数值模拟计算的发展研究现状  13-15
  1.4 主要的CFD 软件  15-17
  1.5 本文研究内容  17-18
第二章柴油机模拟的数学模型和结果分析方法  18-30
  2 1 湍流模拟  18-23
  2.2 柴油机喷雾模拟模型  23-26
  2.3 柴油机缸内燃烧与排放模型  26-27
  2.4 正交试验设计方法  27-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章柴油机模型的建立及验证  30-36
  3.1 试验方案的建立  30-31
  3.2 研究对象  31-32
  3.3 燃烧室的设置  32-33
  3.4 缸内设置参数的确定  33
  3 5 计算模型的选取  33-34
  3.6 计算结果与实验值的对比  34-35
  3.7 本章小结  35-36
第四章模型结果及分析  36-59
  4.1 初始条件对放热率的影响  36-38
  4.2 初始条件对放热量的影响  38-41
  4.3 初始条件对最高燃烧压力的影响  41-43
  4.4 初始条件对最高温度的影响  43-45
  4.5 初始条件对指示燃油消耗率的影响  45-47
  4.6 初始条件对平均指示压力的影响  47-50
  4.7 初始条件对机械效率的影响  50-51
  4.8 初始条件对碳烟排放的影响  51-53
  4.9 初始条件对NOX 排放的影响  53-55
  4.10 综合分析  55-57
  4.11 验证最佳试验组  57
  本章小结  57-59
第五章全文工作总结与展望  59-61
  5.1 全文总结  59-60
  5.2 工作展望  60-61
参考文献  61-64
致谢  64

进气初始条件对高密度—低温柴油机燃烧和排放的影响

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