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原文传递柴油/乙醇双燃料柴油机燃烧过程的数值和试验研究

论文题名：	柴油/乙醇双燃料柴油机燃烧过程的数值和试验研究
关键词：	柴油机;柴油/乙醇双燃料;反应机理;颗粒尺寸分布;燃烧特性;汽车工程
摘要：	汽车作为一种依靠能源来驱动的交通工具，其飞速发展带来了能源消耗问题，同时尾气的排放将给环境带来更多的污染。面对这两大问题，开发可再生清洁替代能源对于减少对传统能源的依赖，改善生活环境有十分重要的现实意义。乙醇是可再生清洁替代燃料中的一种，国内外对柴油机中掺混乙醇的大量试验以及数值研究表明，乙醇在柴油机上有较大的应用潜力。本文从柴油机着手，采用了CFD数值模拟与台架试验研究相结合的方法，探究了不同乙醇掺混比的混合燃料对柴油机燃烧和排放的影响。　　本文首先通过CHEMKIN程序包，基于路径分析、敏感性分析等方法构建了含有PAHs生成的柴油/乙醇混合燃料机理。所构建的机理通过激波管滞燃期、层流火焰组分浓度以及多维数值模拟进行了验证，结果表明，该机理能够较好的描述柴油/乙醇混合燃料的燃烧以及产物的生成。　　其次通过三维CFD软件AVL-FIRE构建了发动机的模型，将经过验证的机理与三维软件耦合，对不同乙醇掺混比的混合燃料燃烧和排放进行了模拟计算。计算结果表明，乙醇添加使得混合燃料滞燃期延长，但会使缸内的O原子和OH浓度上升，最终使得缸内的燃烧加快，温度呈升高趋势，同时对CO、C2H2、PAHs和soot的氧化增强，使其缸内生成量降低；但温度的升高以及O原子的增加则有利于NO的生成，最终使得NO的生成量升高。　　最后本文开展了柴油/乙醇混合燃料的柴油机台架试验，通过改变乙醇在柴油中的添加比例，在柴油机不同的负荷、喷油时刻及EGR率下，测得柴油机的缸内压力、尾气排放、油耗等数据，对乙醇添加的影响做了多方面的研究，尤其通过DMS500颗粒分析仪对乙醇添加后柴油机颗粒物排放的质量、数量以及尺寸分布进行了深入的探究。试验结果表明，在不同的工况下，乙醇的添加对柴油机均有类似的影响。乙醇的十六烷值和蒸发潜热等理化性质与柴油的差别较大，在低负荷时，乙醇的添加使得柴油机缸内压力下降，而在中高负荷时，乙醇的添加则使得柴油机的缸内压力明显上升。乙醇的添加使燃料的滞燃期延长，同时热效率提高，有效燃油消耗率降低。乙醇的添加对有害物质排放有明显影响，通过增加燃料的氧含量改善了燃烧，进而使得NOx排放增加，同时也对缸内颗粒物的氧化作用加强，将部分积聚态颗粒氧化为更小的颗粒，使得积聚态颗粒物数量浓度降低，核态颗粒物数量浓度明显增加，最终使得柴油机颗粒物质量浓度降低，却增加了颗粒物数量浓度。　　论文通过理论计算和试验研究相结合的研究方法，对乙醇添加对柴油机燃烧和排放的影响有了更深入的了解，为推广乙醇在柴油机上的应用提供了一定参考。
作者：	孙智勇
专业：	车辆工程
导师：	魏明锐
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文