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柴油机燃用甲醇柴油混合燃料的仿真分析
| 论文题名： | 柴油机燃用甲醇柴油混合燃料的仿真分析 |
| 关键词： | 增压柴油机;甲醇柴油;混合燃料;参数优化;燃烧特性;数值模拟;供油提前角 |
| 摘要： | 能源紧缺和环境污染己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M巧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.SMPa下，M巧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.SMPa下对供油提前角进行调整，优化M巧排放性能。 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。 |
| 作者： | 郭鹏 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 王铁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 太原理工大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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