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均质充量压缩着火燃烧HC和CO生成机理的试验研究

作　者: 耿壮壮
导　师: 吕兴才
学　校: 上海交通大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 均质充量压缩着火一氧化碳碳氢排放缸内快速采样边界层快速压缩机
分类号: TK401
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

均质充量压缩着火（HCCI）燃烧模式下,均匀混合气压缩着火,燃烧室内多点同时着火,减少了火焰传播距离和燃烧持续期,降低了传热损失,因此其热效率较高,可以做到与传统柴油机燃烧相当。燃烧完全是在均质稀薄混合气的环境中进行的,没有局部混合气过浓导致的高温,可以同时降低NOx和碳烟。但是HCCI燃烧在实际应用中也存在着一些问题,例如HC和CO排放偏高以及着火始点和燃烧速率难以控制等。HC和CO产生的原因是燃烧不充分,这导致了热效率的降低。另外,现有的氧化催化转化技术不能适用于过高HC和CO浓度的尾气处理。为了实现HCCI燃烧HC和CO排放的有效控制,人们开展了很多HC和CO生成机理的研究工作。但是当前对HCCI燃烧HC和CO生成机理的研究主要以数值模拟方法为主,相关的试验研究还很少。因此,本文利用缸内快速采样技术深入开展了HCCI燃烧过程中气缸内不同区域HC生成,分布与消耗历程的研究,考察了不同区域对最终HC排放的贡献比例,也考察了最终HC排放的影响因素;开展了HCCI燃烧CO和CO₂生成机理的研究;开展了HCCI燃烧特性的研究。结果表明:（1）压缩比的变化不仅会影响燃烧室内的边界层效应,也会影响边界层和燃烧核心区的不同区域对最终HC排放的贡献比例。（2）平顶活塞和挤气活塞由于结构的不同,导致压缩过程中气缸内流场的不同,HC生成、分布和消耗历程显著不同,不同区域对最终HC排放的贡献比例也有很大不同。（3）压缩比和燃料组分的变化对燃烧室的最终HC排放有很大的影响。（4）CO氧化生成CO₂的过程发生在高温反应阶段,且此过程对应时刻的缸内温度约为1400K。（5）压缩比和燃料组分的变化对CO向CO₂转化时刻和CO排放有一定影响。（6）压缩比和燃料组分的变化对HCCI燃烧特性有很大的影响,通过改变压缩比和燃料组分,可以有效的控制HCCI燃烧的着火时刻和燃烧速率。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-26
  1.1 引言  12-14
  1.2 HCCI 燃烧研究  14-18
    1.2.1 HCCI 燃烧基本原理  14-15
    1.2.2 HCCI 燃烧混合气组织  15-16
    1.2.3 HCCI 燃烧控制和负荷拓展  16-18
  1.3 HCCI 燃烧排放研究  18-20
    1.3.1 传统内燃机排放物生成机理  18-19
    1.3.2 HCCI 燃烧尾气排放的研究  19-20
  1.4 HCCI 燃烧HC 和CO 生成机理研究  20-24
    1.4.1 数值模拟法  20-22
    1.4.2 试验法  22-24
  1.5 研究内容和意义  24-26
第二章试验系统和试验方法  26-36
  2.1 试验系统概述  26-31
    2.1.1 快速压缩机  26-27
    2.1.2 混合气供给系统  27-28
    2.1.3 操作控制系统  28-29
    2.1.4 数据采集和存储系统  29-31
  2.2 试验方法概述  31-32
  2.3 试验燃料  32-35
    2.3.1 燃料组分理化特性概述  32-34
    2.3.2 燃料制备过程计算  34-35
  2.4 本章小结  35-36
第三章 HCCI 燃烧HC 生成机理的试验研究  36-53
  3.1 正庚烷HCCI 燃烧HC 生成和边界层贡献  36-46
    3.1.1 试验装置和试验方法  36-38
    3.1.2 HC 生成历程、分布规律和边界层贡献  38-46
  3.2 压缩比和燃料组分燃烧终点HC 浓度的影响  46-51
    3.2.1 试验方法  46
    3.2.2 HC 排放的影响因素  46-51
  3.3 本章小结  51-53
第四章 HCCI 燃烧CO 和CO_2的生成和转化的试验研究  53-62
  4.1 参数定义  53-54
    4.1.1 压力升高率（PRR）  53
    4.1.2 缸内温度（T）  53-54
  4.2 试验装置和试验方法  54
  4.3 CO 和CO_2的生成和转化过程分析  54-59
    4.3.1 正庚烷CO 和CO_2生成和转化过程分析  55-56
    4.3.2 其它燃料CO 和CO_2生成和转化过程分析  56-58
    4.3.3 压缩比和燃料组分对CO 向CO_2转化时刻的影响  58-59
  4.4 压缩比和燃料组分对CO 排放的影响  59-61
    4.4.1 CO 排放的定义  59-60
    4.4.2 压缩比对CO 排放的影响  60
    4.4.3 燃料组分对CO 排放的影响  60-61
  4.5 本章小结  61-62
第五章丙醇/正庚烷燃料HCCI 燃烧特性研究  62-75
  5.1 着火延迟定义  62-63
    5.1.1 两阶段着火时刻  62
    5.1.2 着火延迟  62-63
  5.2 丙醇/正庚烷燃料HCCI 燃烧特性  63-73
    5.2.1 压缩比对HCCI 燃烧的影响  63-68
    5.2.2 异丙醇和正丙醇对HCCI 燃烧的不同影响  68-70
    5.2.3 燃料组分对HCCI 燃烧的影响  70-73
  5.3 本章小结  73-75
第六章全文总结和工作展望  75-79
  6.1 全文总结  75-78
    6.1.1 HCCI 燃烧HC 生成机理的试验研究  75-76
    6.1.2 HCCI 燃烧CO 和CO_2的生成和转化的试验研究  76
    6.1.3 丙醇/正庚烷燃料HCCI 燃烧特性研究  76-78
  6.2 工作展望  78-79
参考文献  79-83
致谢  83

均质充量压缩着火燃烧HC和CO生成机理的试验研究

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