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《山东建筑大学》 2011年
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分层稀燃LPG缸内直喷发动机混合气形成过程的理论研究

孙德志  
【摘要】:液化石油气(LPG)主要成分是C3H8和C4H10,与汽油相比,具有碳氢比低,辛烷值和蒸汽压高,混合气热值相当而单位热值价格低的特点,具有很大的UBHC、NOx等污染物减排的潜力,良好的经济性和排放性能使LPG成为优良的汽车代用燃料之一。但目前LPG发动机多采用预混合均质燃烧,导致燃油经济性及动力性均较差,而采用液态LPG缸内直喷可显著改善动力性、经济性及排放性能,特别是分层稀燃可显著提高部分负荷经济性。LPG与汽油迥异的燃料性质决定了两者会有截然不同的混合气形成过程,而混合气形成对于组织燃烧过程又有决定性影响,因此LPG缸内直喷混合气形成过程的研究对优化LPG发动机燃烧和排放性能具有重要的理论意义和应用价值。 LPG液态喷射时发生的闪急沸腾现象,对燃料的蒸发雾化具有非常重要的影响。现有的通用CFD软件FIRE内不具备本文中涉及的LPG的物性参数及描述闪急沸腾现象的喷雾蒸发模型,因此本文对FIRE的燃料数据库及蒸发方程进行了修正,用User Function添加到FIRE软件后,数值解析了液态LPG的喷雾发展过程,并且与可视化实验结果进行了比较,验证了计算方法的可行性。 在上文基础上,进一步使用数值解析方法研究了壁面引导下,不同工况时混合气的形成过程。结果表明:大负荷工况时,两进气阀同时打开,进气前期喷射形成了均质功率混合气;部分负荷工况时关闭一个进气阀,所形成的进气斜涡流在压缩过程末期进一步加强了燃烧室内的湍流运动,采用压缩后期(60°CA BTDC)喷射时在燃烧室内能够形成良好的分层混合气。 此外,本文还提出了一种采用多孔喷嘴的新型复合引导方式形成LPG分层混合气的方法。初步数值解析结果表明:一部分燃油采用喷雾引导方式直接向火花塞附近喷射形成可燃混合气,另一部分燃油采用壁面引导方式在凹坑内卷吸涡和壁面的双重作用下,形成的混合气向火花塞方向运动,点火时刻(15℃ABTDC)时在火花塞处能够形成分层稀薄的混合气。复合引导方式既能解决部分负荷工况火花塞电极附近混合气过浓,UBHC、NOx排放升高等问题,同时也能在较大的转速范围内实现分层稀燃,稳定性好。
【学位授予单位】:山东建筑大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TK401

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