收藏本站
《华中科技大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

DME闪急沸腾喷雾特性及其在柴油HCCI发动机上的应用研究

余敬周  
【摘要】:能源危机的出现以及人们环保意识的加强,使得探索利用新能源以及清洁高效利用现有石油资源成为现代内燃机创新技术研究的一个主攻方向。近年来,二甲醚(Dimethyl Ether,DME)作为一种柴油机代用燃料,其良好的喷雾特性和着火性能,已受到内燃机研究者的高度重视。为了实现发动机高热效率以及低排放性能,具有“均质压燃、低温燃烧”特征的HCCI燃烧模式正受到国内外研究者的广泛关注。发动机燃用DME/柴油混合燃料,既可克服纯柴油因其粘度高、饱和蒸汽压低而难以制备HCCI均质可燃混合气的问题,又能较好地解决发动机燃用纯DME存在的高压供油系统磨损和燃油泄漏比较严重的弊端。因此,本文以燃油喷雾强化混合过程及其对低温燃烧的影响为研究对象,着重研究柴油机代用燃料DME闪急沸腾喷雾特性及DME/柴油混合燃料在新一代燃烧模式HCCI发动机上的应用。本文的研究内容和研究成果主要有以下几个方面: 在广泛阅读国内外相关文献的基础上,详细阐释了闪急沸腾喷雾的特点,深入分析了闪急沸腾喷雾蒸发与雾化混合的机理,确立了利用闪急沸腾效应以实现发动机燃烧全时间历程强化混合的技术思路,以便为HCCI发动机均质混合气的快速制备提供一条新的技术途径。为了实现闪急沸腾喷雾多维数值模拟,在KH-RT液滴破碎模型的基础上,构筑了适用于闪急沸腾喷雾的宏观现象学模型,该模型着重考虑了过热度对DME闪急沸腾喷雾锥角、贯穿距等宏观喷雾特性以及液滴蒸发速率和液滴温度变化的影响,忽略了闪急沸腾喷雾过程中DME液滴内部气泡核的产生、气泡的生长及破碎等微观变化过程的影响,藉以在满足工程应用精度的前提下,达到简化计算过程、提高计算效率的目的。 建立了闪急沸腾喷雾宏观现象学模型与KIVA-3V2程序的耦合模型,解决了原KIVA-3V2程序不能预测分析闪急沸腾喷雾的局限。模型预测分析与验证试验表明,DME闪急沸腾喷雾模拟计算与DPIV实测结果基本吻合。在相同喷射条件下,DME闪急沸腾喷雾锥角明显大于柴油普通喷雾,且DME喷雾贯穿距在1.0ms时基本达到其最大值,而此时的柴油喷雾贯穿距仍在继续增加;与柴油普通喷雾相比,DME闪急沸腾喷雾体前端存在明显的涡环结构,其具有促进湍流扩散和强化燃油雾化混合的作用,致使DME喷雾的气相浓度值远高于柴油喷雾,且其SMD远较后者小得多。 利用激光粒度测试仪以及高性能数码相机试验研究了柴油、DME以及DME/柴油混合燃料喷雾的粒度分布特性以及喷雾体宏观特征,并在KIVA-3V2程序中添加了DME/柴油混合燃料热物性数据库,实现了DME/柴油混合燃料喷雾的多维数值模拟计算。模拟计算得到的燃油喷雾形态以及液滴SMD值与试验结果吻合较好。研究结果表明:燃油的喷雾特性与燃油的物理性质紧密相关,当柴油中掺混液相DME时,燃油粘度和表面张力的降低以及喷雾过程中DME强烈的闪急沸腾微爆效应有效地促进了燃油的雾化与破碎。在稳态喷雾发展过程中,各种燃油液滴的SMD在靠近喷孔的轴向位置处变化较快,随着轴向距离的增加,其变化趋于平缓;与纯柴油相比,DME/柴油混合燃料喷雾锥角以及喷雾体宽度具有较大幅度的增加,且SMD轴向分布明显减小,喷雾场内大滴径液滴的分布概率大大降低,这些变化趋势随DME含量的增加而更加显著。显然,闪急沸腾微爆效应的确能够强化燃油喷雾雾化,从而达到强化油气混合,实现快速制备均质混合气的目的。 在围绕闪急沸腾微爆效应开展以技术创新为导向的基础研究的背景下,进而开展了DME/柴油混合燃料HCCI燃烧的试验研究。采用进气道喷射DME/柴油混合燃料的研究表明:DME闪急沸腾微爆效应能够极大地促进燃油的破碎雾化和蒸发,在相同条件下,均质混合气制备率随DME掺混比例的增加而提高;适当提高燃油喷射压力和进气温度有利于进一步提高混合气制备率。兼顾DME/柴油混合燃料的均质混合气制备率及其对发动机的润滑性能的DME50(DME与柴油的质量比为50%的混合燃料),在喷油压力为15.0MPa、进气温度为室温25℃时,可获得高达91.9%的混合气制备率。同时,还开展了旨在拓展低温燃烧运行范围的试验研究,当进气中CO_2含量达30%时,可使发动机缸内最大平均有效压力由0.32MPa提高到0.5MPa,并使较高负荷下的NO_X排放得到有效抑制,但会导致中小负荷工况下未燃HC和CO较大幅度增加。 基于DME/正庚烷混合燃料化学反应动力学机理和NO_X生成反应机理,构建了DME/正庚烷燃烧反应化学动力学的模型,该模型适用于HCCI发动机燃烧与排放的性能预测研究,为HCCI燃烧系统参数的选择与匹配提供了分析工具。利用该模型进行的燃烧控制参数和控制方法的预测分析与验证试验结果基本吻合。有关低温燃烧过程中有害排放物生成机理及演化历程的研究表明:进气掺混CO_2对低温反应阶段具有重要作用的自由基OH的生成具有一定的滞后效应,致使燃料参与低温反应的时间延长;燃烧中间产物HO_2、H_2O_2和HCHO高温裂解是引起高温着火燃烧的关键因素,而进气中掺混CO_2降低了中低温阶段反应的温度,削弱了这些中间产物的高温裂解反应,最终使反应系统高温燃烧时刻延迟发生。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TK421.43

免费申请
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;An experimental study on the spray characteristics of diesel-dimethyl ether (DME) blended fuels by phase doppler anemometry[J];Science in China(Series E:Technological Sciences);2009年04期
2 杨晔,张镇西,蒋大宗;关于大颗粒Mie散射与Fraunhofer衍射问题的分析比较[J];激光技术;1998年01期
3 ;闪蒸系统地热发电[J];东北电力技术;2003年10期
4 郭增杰;胡清新;午敏杰;胡真;杨庆佛;;D80二甲醚-柴油混合燃料在柴油机上的应用研究[J];机械管理开发;2006年05期
5 ;Fuel design real-time to control HCCI combustion[J];Chinese Science Bulletin;2006年21期
6 张辉亚;张煜盛;周光明;肖合林;;燃油喷射系统参数对二甲醚闪急沸腾喷雾的影响[J];内燃机工程;2007年05期
7 余敬周;张煜盛;Medhat Elkelawy;张辉亚;;DME闪急沸腾喷雾特性的试验与数值模拟研究[J];内燃机工程;2009年03期
8 王贺武 ,周龙保 ,蒋德明 ,黄佐华;直喷式柴油机燃用二甲醚排放特性的研究[J];内燃机学报;2000年01期
9 肖进,黄震;溶有CO_2燃油发动机燃烧的数值研究[J];内燃机学报;2003年01期
10 文华,刘永长,魏明锐,张煜盛;二甲醚和柴油喷雾特性的数值模拟分析[J];内燃机学报;2003年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 窦慧莉;电控喷射稀燃天然气发动机的关键技术研究[D];吉林大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 苏石川;顾祥;王亮;陈永杰;;某490增压柴油机燃用二甲醚燃料的性能计算与分析[J];江苏科技大学学报(自然科学版);2010年03期
2 马其良,张松寿,刘伟军;低压空气雾化烧嘴雾化细度的实验研究[J];华东工业大学学报;1996年03期
3 张正一,郑群;一种新型中冷器性能的实验研究[J];哈尔滨工程大学学报;2004年04期
4 吕兴才;吉丽斌;赵惠忠;黄震;;气口喷射DMM/柴油混合燃料实现HCCI燃烧[J];哈尔滨工业大学学报;2008年01期
5 吴文林,赵忠祥,赵伟;假塑性流体雾化研究Ⅰ.雾化特性的研究[J];化工机械;1994年04期
6 吴文林,赵忠祥,赵伟;假塑性流体的雾化研究Ⅱ.二流式喷嘴的结构与尺寸参数[J];化工机械;1995年03期
7 颜康;乔旭;陈群;;甲缩醛合成工艺研究进展[J];化工进展;2010年06期
8 李臻;陈静;宋河远;夏春谷;唐中华;;基于甲醇清洁转化的碳一化工新催化技术[J];化工进展;2010年S1期
9 张帆;;柱塞偶件卡滞故障影响因素分析[J];湖南工业职业技术学院学报;2007年04期
10 黄宪江;鲍晓峰;岳欣;岳婷婷;王鸣宇;马遥;李振华;;燃烧室沉积物对点燃式发动机不同工况下排放的影响[J];环境科学研究;2009年10期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 王宝林;邓帮林;李军成;许胜利;冯仁华;;轿车用直喷柴油机缸内工作过程CFD分析[A];第五届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2009年
2 刁瑞玉;刘晨光;;以聚合物为原料的单分散微球的制备及其应用[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第2分册)[C];2010年
3 徐敏;叶晓明;;曲柄连杆机构三维瞬态动应力数值仿真研究[A];湖北省内燃机学会2009年学术年会论文集[C];2009年
4 华东旭;;CNG发动机电控单元控制软件设计[A];重庆汽车工程学会2008年学术会议论文集[C];2008年
5 黄洁彬;杨冠玲;韩鹏;彭力;陈超雄;曾思明;;激光粒度仪的系统实现及展望[A];2007年全国粉体工业技术大会论文集[C];2007年
6 李刚;;气门旋转机构在柴油机上的应用[A];第十七届全国大功率柴油机学术年会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王曙辉;旋转式连续微波再生微粒捕集器再生机理及结构优化研究[D];湖南大学;2010年
2 叶修松;机载激光水深探测技术基础及数据处理方法研究[D];解放军信息工程大学;2010年
3 赵雷刚;发动机台架试验过程实时监测与预警方法研究[D];武汉理工大学;2010年
4 张伟;基于图像处理的井下煤尘在线检测技术的研究[D];山东大学;2010年
5 张辉;轿车柴油机微粒捕集器工作过程数值模拟及再生控制策略研究[D];吉林大学;2011年
6 王云开;无凸轮轴配气机构开发及在可控自燃发动机上的应用研究[D];吉林大学;2011年
7 崔洪江;YC6T柴油机进排气系统性能仿真及优化研究[D];大连海事大学;2011年
8 姚春玲;汽油机进气混合O_2/CO_2的燃烧机理与性能研究[D];东北林业大学;2011年
9 王子玉;柴油机燃用小桐子油的燃烧过程试验与模拟研究[D];江苏大学;2011年
10 刘云卿;壁流式柴油机微粒捕集器捕集及微波再生机理研究[D];湖南大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吕林,温苗苗;CNG发动机工作过程的三维数值模拟[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2004年06期
2 严春吉,解茂昭,殷佩海;粘性气体中粘性液体射流分裂与雾化机理研究[J];空气动力学学报;2004年04期
3 张辉亚;张煜盛;周光明;肖合林;;燃油喷射系统参数对二甲醚闪急沸腾喷雾的影响[J];内燃机工程;2007年05期
4 张鹏;张煜盛;;二甲醚射流雾化的不稳定性研究[J];内燃机工程;2008年06期
5 余敬周;张煜盛;Medhat Elkelawy;张辉亚;;DME闪急沸腾喷雾特性的试验与数值模拟研究[J];内燃机工程;2009年03期
6 裴海灵;周乃君;高宏亮;;三角转子发动机的特点及其发展概况综述[J];内燃机;2006年03期
7 黄震,大圣泰弘,姜高植;溶有CO_2燃油的闪急沸腾喷射过程研究[J];内燃机学报;2000年04期
8 赵昌普,苏万华,汪洋,余皎,林铁坚;“BUMP燃烧室”内混合气形成的多维数值研究[J];内燃机学报;2003年06期
9 王锡斌,蒋德明,周龙保,潘克煜;利用分子理论估算二甲醚的热物理特性参数(英文)[J];内燃机学报;2004年06期
10 孙田;苏万华;郭红松;;应用激光诱导荧光法研究超高压喷雾气液相浓度场分布特性[J];内燃机学报;2007年02期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 文华;基于CFD的柴油机喷雾混合过程的多维数值模拟[D];华中科技大学;2004年
2 张鹏;二甲醚闪急沸腾喷雾的数值模拟和实验研究[D];华中科技大学;2009年
3 虞育松;直喷式柴油机近喷孔区域燃油喷射雾化机理的基础研究[D];北京交通大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙仁义,孙茜;不挥发溶质对混合溶剂沸点及蒸气压的影响[J];化工学报;2002年09期
2 杨晔,张镇西,蒋大宗;关于大颗粒Mie散射与Fraunhofer衍射问题的分析比较[J];激光技术;1998年01期
3 申博,李国岫,周希德,夏渊;天然气发动机空燃比智能控制策略的研究[J];计算机仿真;2003年02期
4 吕林,温苗苗;CNG发动机工作过程的三维数值模拟[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2004年06期
5 胡宗杰;李理光;于水;;燃料油膜蒸发的热重分析法研究[J];科学通报;2006年11期
6 李新令;黄震;王嘉松;吴君华;;二甲醚发动机超细颗粒排放属性实验研究[J];科学通报;2007年14期
7 贾志军;裘元焘;;光纤测量粒子直径的方法研究[J];南京工业大学学报(自然科学版);1993年04期
8 张煜盛,常汉宝,张亚珺;柴油机高效清洁燃料二甲醚(DME)的研究及其发展[J];内燃机工程;2001年01期
9 胡真,郑国璋,杨庆佛;ZS195柴油机燃用二甲醚的试验研究[J];内燃机工程;2001年01期
10 刘兴华,陈永义,李铁栓;天然气发动机多点顺序喷射技术的开发研究[J];内燃机工程;2003年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 李志军;吸附还原净化准均质稀燃汽油机氮氧化物排放实验研究[D];天津大学;2004年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 马学瑾;罗马吉;;发动机均质压缩燃烧单区模拟模型及其应用[J];柴油机设计与制造;2006年01期
2 孙礼亮;;浅析新型燃料在柴油发动机上应用的必要性[J];科技促进发展;2009年12期
3 李维;马骏;王娟萍;周龙保;;车用直喷柴油机燃用二甲醚的低压供油系统[J];车用发动机;2009年06期
4 刘海峰;黄锦成;金超;;柴油机代用燃料生物柴油和二甲醚的应用现状和发展前景[J];广西节能;2006年01期
5 余克橡;苏永志;罗振华;李献菁;黄华;;二甲醚-柴油混合燃料发动机的试验研究[J];装备制造技术;2007年09期
6 王海波;;柴油机HCCI燃烧特点及影响因素[J];China's Foreign Trade;2010年16期
7 宋清双;李跟宝;周龙保;刘圣华;潘克煜;;柴油机燃用二甲醚/柴油混合燃料时的性能与排放研究[J];西安交通大学学报;2006年03期
8 向红;梁正文;;柴油机HCCI燃烧特点及影响因素分析[J];机械管理开发;2006年06期
9 汪映;;二甲醚中巴客车生命周期分析研究[J];西安交通大学学报;2010年01期
10 向红;梁政文;;柴油机HCCI燃烧特点及影响因素[J];城市车辆;2006年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 ;21世纪新能源二甲醚的发展前瞻[A];节能减排论坛——福建省科协第八届学术年会卫星会议论文专刊[C];2008年
2 张润坤;曹小安;王伟锋;陶颖;;一种基于催化发光的高选择性的二甲醚传感器[A];第十届中国化学会分析化学年会暨第十届全国原子光谱学术会议论文摘要集[C];2009年
3 王正岩;吕华;;清洁能源二甲醚的制造技术与发展战略[A];中国化工学会2003年石油化工学术年会论文集[C];2003年
4 刘生全;马志义;王贺武;边耀璋;;汽油车用新型二甲醚燃料的开发研究[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(上册)[C];2002年
5 黄震;;二甲醚-解决中国能源安全与环境保护之路[A];长三角清洁能源论坛论文专辑[C];2005年
6 高雷;魏飞;刁士刚;周华群;罗国华;;SAPO34分子筛上二甲醚裂解制烯烃反应的研究[A];第九届全国化学工艺学术年会论文集[C];2005年
7 周龙保;;轻型车用直喷式柴油机燃用超清洁燃料二甲醚时的性能、燃烧及排放特性的研究[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(下册)[C];1999年
8 王正岩;;清洁能源二甲醚的制造技术与发展战略[A];齐齐哈尔市首届学术年会论文汇编[C];2004年
9 付位刚;邵玉艳;杨轶;尹鸽平;;二甲醚在Pt/CNT(碳纳米管)催化剂上的电化学氧化研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
10 赵光;房鼎业;刘殿华;;MoO_3/γ-Al_2O_3催化合成聚甲醛二甲醚[A];上海市化学化工学会2011年度学术年会论文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 戈清平;突破“三重门” 二甲醚亟待国标导航[N];中国高新技术产业导报;2008年
2 本报记者  阮晓琴;二甲醚汽车产业化尚待突破价格瓶颈[N];上海证券报;2006年
3 徐寿松;新型清洁能源二甲醚汽车产业化再获进展[N];经理日报;2006年
4 仵德建 张思凯 王成义;久泰化工独创"二甲醚清洁燃料"技术[N];中国工业报;2006年
5 徐寿松;二甲醚汽车产业化取得新进展[N];中国石化报;2006年
6 祁晓玲;中日二甲醚汽车研讨展示会在沪举行[N];中国工业报;2007年
7 刘方斌;二甲醚规模究竟多大适合国情[N];中国化工报;2006年
8 赵和平;二甲醚替代石油需过三关[N];中国矿业报;2006年
9 本报记者 陈其珏;高油价激发二甲醚规模化发展“冲动”[N];上海证券报;2008年
10 董雅俊;“节流”与“开源”:时不我待[N];中国石化报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 余敬周;DME闪急沸腾喷雾特性及其在柴油HCCI发动机上的应用研究[D];华中科技大学;2009年
2 曾纬;直喷液体射流及闪急沸腾喷雾的特性及机理研究[D];上海交通大学;2012年
3 张辉亚;二甲醚喷雾特性与燃烧过程的实验和数值模拟研究[D];华中科技大学;2007年
4 张鹏;二甲醚闪急沸腾喷雾的数值模拟和实验研究[D];华中科技大学;2009年
5 张鹏;均质压燃/缸内直喷双燃烧模式柴油机数值模拟与实验研究[D];华中科技大学;2011年
6 陈征;甲醇高效清洁燃烧过程的基础理论研究[D];天津大学;2007年
7 黄豪中;柴油均质压燃(HCCI)发动机燃烧过程数值模拟和实验研究[D];天津大学;2007年
8 吴君华;增压二甲醚发动机燃烧和排放控制试验研究[D];上海交通大学;2007年
9 郑朝蕾;柴油机高效清洁燃烧方式基础理论研究[D];天津大学;2008年
10 张晓;新型二甲醚共轨系统的开发与研究[D];天津大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 唐丽丽;柴油机掺烧二甲醚掺烧比控制方案实验研究[D];武汉理工大学;2002年
2 刘国涛;柴油掺烧二甲醚在柴油机上的应用研究[D];武汉理工大学;2003年
3 向小军;电控柴油掺烧二甲醚的实验研究及掺烧比确定[D];武汉理工大学;2003年
4 杨敬;二甲醚-柴油二元复合燃料在柴油机上应用的实验研究[D];太原理工大学;2003年
5 李镠;基于遗传算法的二甲醚均质压燃燃烧控制参数优化[D];武汉理工大学;2007年
6 杨忠勇;柴油机燃用二甲醚高压油泵密封润滑的试验研究[D];太原理工大学;2004年
7 刘成;二甲醚均质压燃燃烧的试验和模拟研究[D];武汉理工大学;2007年
8 邹卫兵;二甲醚重整制氢系统的实验研究[D];华东理工大学;2011年
9 潘小亮;柴油机燃用二甲醚的燃烧数值模拟[D];西华大学;2006年
10 胡清欣;直喷式柴油机燃用甲醇-二甲醚二元燃料性能的试验研究[D];太原理工大学;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026