柴油/汽油双燃料预混合燃烧过程数值模拟

【摘要】：随着我国能源危机的加剧以及排放法规的日趋严格,对车用发动机的经济性和排放性提出了更高的要求。为了从根本上改善发动机的动力性、经济性以及排放性能,寻找一种新的燃烧技术是目前汽油机的探索方向之一。由柴油引燃汽油的柴油/汽油双燃料预混合燃烧技术是一种非常有潜力的燃烧技术,该燃烧方式融合了传统柴油机和汽油机的优点,同时可避免传统发动机的一些缺点。 本文对发动机进气管以及燃烧室进行三维实体建模和动网格划分,根据计算域的具体形状和位置生成了一套高质量的动网格模型。用发动机一维模拟软件求解计算所需的初边值条件。为了更详细的观察燃油的反应放热过程,在CFD软件中耦合了由Hatim Machrafi提供的简化三元化学反应机理。使用CHEMKIN4.0程序对所用机理的反应过程进行了分析,获得了组分CH2O在混合气中的浓度,该浓度可以较好地反映混合气的低温以及高温放热进程。 在不同当量比以及不同转速下,对均质压燃以及直喷预混汽油压燃两种不同燃烧方式进行了比较。研究了直喷预混合双燃料压缩燃烧方式在不同转速以及不同燃油直喷时刻下的燃烧放热过程。将直喷预混合双燃料压缩燃烧方式与传统汽油机在高低两个负荷下进行了比较,同时分析了在该燃烧方式下不同预混合率、不同当量比对燃烧过程的影响。论文得出结论如下： (1)直喷预混汽油压燃燃烧可向低负荷工况扩展,但燃烧时刻难以控制,高负荷下容易产生爆震。直喷预混合双燃料压燃燃烧在扩展负荷范围、控制燃烧时刻方面具有明显优势。 (2)在直喷预混合双燃料压燃燃烧方式下,由于直喷柴油较好的自燃性,可使燃烧有效地向低负荷工况扩展。同时可通过调整柴油的喷油角度来控制发动机的燃烧相位,从而减弱转速对燃烧稳定性的影响,增强燃烧的可控性。 (3)直喷预混合双燃料压燃着火为柴油引燃汽油的多点点火,该点火方式在明显提高放热率的同时可有效降低高负荷下的爆震倾向,进而使燃烧向高负荷工况扩展。由于放热率较高发动机热效率明显高于传统柴油机和汽油机。 (4)在直喷预混合双燃料压燃燃烧方式下,缸内压力峰值、温度峰值随当量比的增大而增大,但在不同当量比下压力和温度峰值出现的时刻基本相同。不同的预混合率对缸内温度、压力没有明显影响。