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柴油机带EGR冷起动的计算研究

作　者: 袁源
导　师: 崔毅
学　校: 上海交通大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 柴油机 冷起动 EGR(废气再循环) 化学动力学 滞燃期
分类号: TK422
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


改善柴油机的冷起动性能是一项重要的课题。柴油机冷起动阶段由于传热、漏气等因素的影响,压缩终点的温度、压力较低,使得柴油机倒拖时间长,排放问题严重。而随着排放法规的日趋严格,除了稳态工况的排放规定外,对柴油机起动阶段的排放也提出了要求。EGR是为了降低柴油机NOx排放而广泛采用的一种技术,由于EGR成分的稀释效应,热容效应以及分解效应,降低了气缸内的氧浓度和最高燃烧压力,从而减少NOx的生成量。柴油机冷起动阶段的废气成分与正常工况有很大的区别,其中含有大量的未燃燃油和氧化反应的中间产物,将这些物质以EGR的方式引入气缸,会对下一循环燃油的氧化反应产生影响。本文通过化学动力学计算考察了柴油机起动阶段引入不同量的EGR后燃烧的改变,通过比较循环中燃油浓度、CO2浓度以及气缸温度、压力的变化,发现引入EGR能显著改善柴油机冷起动阶段的燃烧,但EGR率过大时又会使得燃烧恶化。为了确定成分影响燃烧的机理,本文根据碳氢燃料氧化反应机理以及各种物质浓度随着发动机曲轴转角的变化,分析了引入EGR后影响燃烧的关键物质的浓度变化,得出了EGR改善燃烧的机理。同时,研究表明,过大比例的EGR降低了压缩终点的温度是起动过程中大EGR率下着火性能恶化的主要原因。计算了不同燃空当量比、不同EGR率下的混合气成分在一定温度、压力的定容环境下的滞燃期大小,考察滞燃期随着温度、燃空当量比、EGR率的变化规律,并通过MATLAB将这种规律拟合成数学模型,得到了一种适用于带EGR冷起动的新型滞燃期计算模型。用GT-Power软件建立了柴油机冷起动仿真的准维模型,通过GT用户程序将新的滞燃期计算模型与准维燃烧模型耦合,用此模型计算不同EGR率下柴油机冷起动的工作过程,为起动过程的优化控制奠定基础。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-19
  1.1 前言  10-11
  1.2 柴油机冷起动过程的研究  11-13
    1.2.1 柴油机冷起动的影响因素  11-12
    1.2.2 改善柴油机冷起动性能的措施  12-13
  1.3 柴油机仿真研究的现状  13-16
    1.3.1 柴油机工作过程模拟概述  13-15
    1.3.2 柴油机起动工况计算研究的进展  15-16
  1.4 柴油机带EGR 冷起动仿真研究的特点  16-18
    1.4.1 EGR 对柴油机冷起动的影响  16-17
    1.4.2 EGR 对仿真模型建立的影响  17-18
  1.5 本课题的主要内容  18-19
第二章 EGR 对柴油机起动阶段燃烧的影响研究  19-39
  2.1 计算的条件和方法  19-23
    2.1.1 计算条件的确定  19-22
    2.1.2 计算研究的方法  22-23
  2.2 EGR 对起动阶段燃烧的影响  23-28
  2.3 EGR 影响燃烧的机理分析  28-34
    2.3.1 EGR 改善燃烧的单因素分析  28-30
    2.3.2 EGR 改善燃烧的关键组分分析  30-34
  2.4 计算结果的实验验证  34-37
  2.5 本章小结  37-39
第三章 滞燃期模型的确定  39-55
  3.1 柴油机滞燃期计算模型介绍  39-45
    3.1.1 碳氢燃料滞燃期计算的化学动力学模型  39-42
    3.1.2 经验公式模型  42-44
    3.1.3 滞燃期计算的EMIT 模型  44-45
  3.2 混合气着火特性计算  45-51
    3.2.1 计算条件的确定  45-47
    3.2.2 计算结果  47-51
  3.3 CKIT 模型  51-54
  3.4 本章小结  54-55
第四章 柴油机带EGR 冷起动性能模拟分析  55-69
  4.1 准维模型的建立  55-58
  4.2 准维模型的描述  58-63
    4.2.1 燃油喷射的物理过程  58-60
    4.2.2 准维模型的数学描述  60-63
  4.3 带EGR 冷起动的计算分析  63-68
    4.3.1 计算结果与实验结果的比较  63-66
    4.3.2 循环变动分析  66-68
  4.4 本章小结  68-69
第五章 全文总结和展望  69-71
  5.1 全文总结  69-70
  5.2 展望  70-71
参考文献  71-75
附录A 滞燃期计算模型的系数  75-77
致谢  77-78
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  78-80

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 柴油机 > 设计、计算
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