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柴油机预混甲醇燃烧的试验及理论模拟

张鹏  
【摘要】: 本文介绍了一种新型燃烧模式,该燃烧模式是在柴油机的进气中预混一定浓度的甲醇,从而大大增加了柴油机中预混合燃烧比例,原有的扩散燃烧的环境也因是在甲醇蒸汽和空气的预混合气中而有了显著的改变。组织该燃烧模式的目的是改善柴油机的碳烟排放。试验结果显示,这种新型的燃烧模式不仅改善了发动机的碳烟排放,而且NO排放也得到了改善,而HC、CO排放则较原机严重,但还是低于汽油机的排放水平;发动机的动力性能未受影响,能耗率有所改善。论文作者还建立了一个基于化学热力学平衡方程的排放物预测模型。利用MATLAB软件求解方程组,对各种排放物浓度进行了计算预测。并将理论计算和试验结果进行了对比分析。 试验中的甲醇是通过一套电控喷嘴向进气管喷射实现,为此作者制作了一套简单的电子控制系统,对燃烧过程中的预混燃烧甲醇量进行控制。该系统以PC机作为上位机,AT89C51单片机作为下位机进行控制。上位机和下位机之间通过串行口进行通讯。利用上位机的键盘输入喷射甲醇的喷嘴开启控制命令,下位机据此执行相应的动作,从而达到调节预混甲醇量的目的。 比较理论模型的计算结果与试验的结果显示:计算预测的排放物浓度变化趋势与试验结果基本一致,而存在一定的数值差异。可见该模型对排放物浓度变化具有定性的预测功效而不能达到定量预测的精度。原因之一是本模型未考虑诸多对排放具有显著影响的物理过程,如缝隙效应、壁面激冷淬熄效应等,其次说明发动机的缸内的过程并不全是平衡过程,许多排放物的生成受化学反应速度,即化学动力学的控制。为了使理论计算模型具有更大的实际应用价值,除了必须增加对燃烧过程中的物理过程的详细描述外,所建立的模型还必须是化学动力学模型。


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