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柴油机碳烟形成历程经验模型的数值模拟

作　者: 贾延峰
导　师: 陈石
学　校: 大连理工大学
专　业: 工程热物理
关键词: 柴油机碳烟经验模型碳烟生成和氧化湍流模型
分类号: TK421
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 226次
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内容摘要

碳烟是柴油机燃烧过程中,燃油分子在高温、缺氧和高压条件下裂解生成的。碳烟严重污染了环境,给人类的健康带来了危害,因此对柴油机碳烟排放法规的要求日益严格,控制柴油机的碳烟排放已成为柴油机性能研究的重点和热点之一。本文分别采用了K&G(Khan and Greeves)和广安修正两种代表性的柴油机碳烟预测经验模型,对碳烟的形成历程进行模拟。模拟中,对碳烟的形成速率用C语言进行编程,将其耦合到CFD商业软件FLUENT中进行多维的数值模拟,并分析温度场对碳烟的生成量和氧化量的影响。本文分两部分完成,第一部分,分别利用两种模型,进行多维的稳态模拟。在相同条件下比较生成的碳烟量,为后期的模拟以及参数选择提供参考。模拟结果表明,在稳态下使用K&G模型时的碳烟生成量要比广安修正模型多35%-43%左右。第二部分,分别使用K&G和广安修正模型对柴油机的燃烧过程进行模拟。模拟过程分别计算了燃料当量比、进气温度、转速以及湍流模型对碳烟生成和氧化的影响。结果表明:广安模型的计算结果与实验结果比,误差率在10%-30%之间;而K&G模型的计算结果与实验相比,误差率在20%-38%左右。模拟表明,在相同的条件下:燃料当量比越大,碳烟生成量就越大;初始温度越高,碳烟生成量也越大;模拟还发现,在相同条件下使用RNG湍流模型时,碳烟的生成量要小于标准的湍流模型,而且在碳烟的最大值生成时间上要晚于标准湍流模型1°CA曲轴转角。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-21
  1.1 课题的理论意义和应用价值  8-10
  1.2 碳烟的概述与模型发展  10-16
    1.2.1 碳烟的概述  10-14
    1.2.2 碳烟模型的研究发展进程  14-16
  1.3 国内外的研究概况与发展趋势  16-19
    1.3.1 研究概况  16-18
    1.3.2 发展趋势  18-19
  1.4 本文的研究内容和方法步骤  19-21
    1.4.1 商业软件FLUENT简介  19-20
    1.4.2 本文研究内容及方法步骤  20-21
2 碳烟经验模型的多维数值计算  21-36
  2.1 碳烟数学模型的介绍  21-23
    2.1.1 Khan and Greeves模型  21-22
    2.1.2 广安修正模型  22-23
  2.2 模型的计算  23-29
    2.2.1 动量守恒方程  23
    2.2.2 能量守恒方程  23-24
    2.2.3 连续方程和组分方程  24-25
    2.2.4 湍流模型  25-28
    2.2.5 辐射模型  28-29
  2.3 多维稳态的模拟计算与分析  29-35
    2.3.1 燃料当量比Φ的影响  29-31
    2.3.2 进气温度的影响  31-32
    2.3.3 湍流模型的影响  32-34
    2.3.4 结论  34-35
  2.4 本章小结  35-36
3 柴油机碳烟模型的计算与结果分析  36-54
  3.1 物理模型和计算方案  36-37
    3.1.1 柴油机的基本参数  36
    3.1.2 计算方案  36-37
  3.2 计算网格的划分  37-38
  3.3 计算结果与分析  38-53
    3.3.1 燃料当量比Φ的影响  38-42
    3.3.2 进气温度的影响  42-45
    3.3.3 转速的影响  45-48
    3.3.4 湍流模型的影响  48-52
    3.3.5 结论  52-53
  3.4 本章小结  53-54
4 结论与展望  54-57
  4.1 本文的结论  54-55
  4.2 展望  55-57
参考文献  57-60
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  60-61
致谢  61-62

柴油机碳烟形成历程经验模型的数值模拟

内容摘要

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