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《天津大学》 2012年
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废气再循环对柴油喷雾燃烧与排放影响的研究

唐青龙  
【摘要】:随着机动车辆数量的迅猛增长,针对内燃机的排放法规日益严格,废气再循环(EGR)技术被广泛应用于降低柴油机中NOX的排放,但EGR的引入增加了碳烟的排放量,大负荷下这种趋势更为明显,因此有必要对EGR对柴油喷雾燃烧和排放的影响进行深入研究。 本文首先在定容燃烧弹实验台架上进行了柴油喷雾燃烧实验,获得了燃烧压力、燃烧图像等实验数据;推导了不同进气成分下,定容燃烧弹内柴油喷雾燃烧过程的放热率计算公式;利用黑体辐射原理,结合Photoshop cs2.0图像处理软件,确定实验中火焰边界温度为2257K,为多维数值计算中模型的建立与验证做好了准备。 利用KIVA-3V程序建立了定容燃烧弹柴油喷雾燃烧多维模型,编写了碳烟生成和氧化子模型,模拟计算结果表明:计算得到的燃烧压力曲线与实验获得的燃烧压力曲线较好的吻合,模拟计算的火焰传播进程与实验火焰传播进程基本一致,多维模型得到了较好的验证。 本文通过改变进气中CO_2和H 2 O的质量分数来研究不同EGR率下CO_2和H_2O对柴油喷雾燃烧和排放的影响和作用机理,研究结果表明:EGR对燃烧和排放的主要作用体现在稀释作用,一方面稀释效应增加了滞燃期,减小了放热率峰值,使燃烧火焰温度降低,但增加了燃烧区域大小,随着稀释率的增加,燃烧热效率先增后降;另一方面,随着稀释率的增加,CO和NO_x的排放量减小,HC和碳烟的排放量增加;火焰温度和氧气浓度的降低共同促进了NO_x的大量减少;碳烟的排放量增加主要是由于燃烧温度和氧浓度的降低减小了碳烟的氧化速率;稀释率高于9%后,NO_x的减少量已经不明显,但却引起了碳烟的剧烈增加。相比于稀释效应,EGR的化学效应和热效应对燃烧和排放的影响相对较小,其中CO_2的化学效应降低了燃烧热效率和火焰温度,增加了CO的排放量,并且在一定程度上降低了NO_x的排放量;H_2O的热效应增加了滞燃期长度,降低了燃烧热效率和火焰温度,在一定程度上减少了CO和NO X的排放量;H 2 O降低NO X的效果比CO_2好,而增加碳烟的能力也比CO_2强;在不同的EGR率下,NO_x与碳烟的排放量相比而言,前者受火焰温度影响较大,而后者则主要取决于氧气浓度。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TK427

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