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柴油机燃用甲醇柴油混合燃料的仿真分析

作　者: 郭鹏
导　师: 王铁
学　校: 太原理工大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 增压柴油机甲醇柴油供油参数优化燃烧特性数值模拟
分类号: TK428.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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引　用: 3次
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内容摘要

能源紧缺和环境污染已经成为当今世界面临的两大难题。醇类燃料作为含氧代用燃料,在燃烧过程中可提高燃油当量比,CO和NOx排放比柴油低,几乎无碳烟排放；另外,由于其汽化潜热高,可降低进气温度,提高进气充气效率。醇类燃料可以从煤、天然气等资源中提炼,我国煤炭资源丰富,开发利用醇类燃料有广阔前景。目前,由于醇类燃料理化特性与柴油差异比较大,更多的是应用在车用汽油机上。本文主要研究甲醇作为混合燃料掺混在柴油中,通过燃油品质和供油参数的调整,使其应用于直喷式增压柴油机。控制柴油机燃烧进程的首要因素是控制缸内混合气的形成,而混合气的形成又取决于燃料喷雾特性、喷油规律、缸内气流运动和燃烧室的形状等。本文借助FIRE软件,对这种直喷式柴油机燃烧室燃烧过程的压缩、燃烧、膨胀行程进行数值模拟,考察燃油品质、启喷压力、供油提前角等因素对混合气形成、燃烧过程以及柴油机的主要排放物NOx和碳烟的影响。对于喷雾过程,主要通过气流运动矢量图来分析油滴的运动,由缸内的燃油浓度场和燃油当量比图分析燃油的分布情况。对于燃烧过程,主要通过对燃料浓度场、缸内温度场和燃油当量比分布图的分析来评价,结合NOx和碳烟的浓度场和质量分数曲线分析燃烧的排放情况。通过模拟与试验比较,验证了由FIRE软件建立的4100QBZL柴油机燃用甲醇柴油混合燃料的燃烧模型是可靠的；对比分析了不同比例甲醇柴油的燃烧和排放特性,由燃烧放热率曲线和累积放热量曲线可知,添加甲醇后的燃料有预混合燃烧量比重大、扩散燃烧阶段速度快、总的燃烧持续期短的特点,发动机工作柔顺性变差,功率下降。但是排放性能优于柴油,其中,CO和碳烟下降明显,NOx与原机相差不大,只是HC略有上升。在此基础上,选取了M15比例的甲醇柴油混合燃料,根据其在原机参数上燃烧和排放性能的表现,首先对启喷压力进行优化,分析了启喷压力对喷油规律的影响,结果说明启喷压力下降,供油量升高,但是雾化效果变差。试验和仿真结果表明：在启喷压力为22.5MPa下,M15混合燃料缸内最高燃烧压力和缸内最高温度较高,动力性较好,但是NOx排放会变差；然后在启喷压力22.5MPa下对供油提前角进行调整,优化M15排放性能。供油提前角越大,燃烧始点提前,缸内燃烧压力升高,放热率增加,缸内热力状态升高,可以降低碳烟、HC、CO的排放量,但会造成NOx排放量的大幅度上升。折中考虑,选择14°CA BTDC作为混合燃料最佳供油提前角。

柴油机燃用甲醇柴油混合燃料的仿真分析

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