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《江苏大学》 2011年
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柴油机燃用小桐子油的燃烧过程试验与模拟研究

王子玉  
【摘要】:生物质能作为是一种可再生能源,其高效转换和洁净利用日益受到全世界的重视。文中从分析内燃机的能源现状和发展趋势入手,简述了生物柴油的利用现状和前景,小桐子油的特点及优势;进行小桐子油理化特性的研究;对柴油机燃用柴油和小桐子油进行了试验研究;详细分析柴油机燃用小桐子油的燃烧及排放特性;探讨并建立柴油机燃用小桐子油的三维燃烧模型,为小桐子油作为替代燃料在柴油机上的应用提供依据。 在ZH1115柴油机上,测量了燃用0#柴油(Diesel)、常温下的小桐子油(B100)和加热到150℃的小桐子油(B100(150))时,柴油机在不同工况下的性能和排放。分析了负荷、转速、供油提前角等参数对柴油机燃用不同燃料时燃烧过程的影响。结果表明:柴油机燃用B100与B100(150)的最高燃烧压力和最大压力升高率均比柴油的低,并且所在相位有所提前,排气温度相差不大,烟度相当;而燃用B100与B100(150)时柴油机的NOX、HC排放较燃用柴油有所减小,只有CO排放略高。供油提前后,燃用B100与B100(150)与燃用柴油时相比,柴油机的最高燃烧压力和最大压力升高率都略有上升,且相位也略有提前,排气温度有所下降,与燃用柴油时相当,烟度在负荷较大时上升较快,NOx排放增大、HC排放减小、CO排放变化不大。燃用B100与B100(150)时的燃油消耗率均比燃用柴油时的要高。 以燃烧化学反应机理、湍流模型、喷雾模型、燃烧模型、NOx预测模型、初始边界条件设定和计算网格划分为主要内容,建立了柴油机的三维燃烧模型。湍流运动采用RNG(Renormalization Group Theory)κ-ε方程模拟,并采用壁面函数对壁面湍流进行修正。燃烧计算中,着火模型选用shell模型;利用涡耗散模型来计算净反应速率;采用单步反应来描述小桐子油的燃烧。NOx预测模型中,包含了热力型NOx、瞬发型NOx和燃料型NOx的形成,并采用Zeldovich NO机理进行计算。网格模型中,采用六面体单元进行网格划分,并结合网格刚体运动和网格层铺,实现了动态网格的模拟。 通过模拟结果与试验结果的对比表明:建立的三维燃烧模型可以较好地模拟柴油机分别燃用0#柴油(Diesel)、常温下的小桐子油(B100)和加热到150℃的小桐子油(B100(150))的燃烧过程,预测柴油机的各项性能参数。在此基础上,利用三维燃烧模型,对比分析了柴油机燃用不同燃油时缸内燃烧过程中的流场、压力、温度、NOx以及Soot浓度分布的差异。结果表明:柴油机燃用不同燃油时的浓度场变化趋势大体相同。相比柴油,燃用B100时柴油机的燃烧持续期较长;燃烧初期,B100的缸内低温区域较广;NOx排放浓度较高。而燃用B100(150)时,燃烧速度加快,燃烧持续期缩短。但NOx排放浓度升高。另外,柴油、B100和B100(150)的碳烟生成速率相差不大。
【学位授予单位】:江苏大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TK421.2

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