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进气初始条件对高密度—低温柴油机燃烧和排放的影响

万普鹏  
【摘要】:柴油机在HC和CO排放上具有汽油机无法比拟的优势。然而,由于柴油机NOx和碳烟排放存在“此消彼长”关系的缘故,同时降低这两种排放物非常困难.尽管柴油机后处理技术取得一些进展,然而,这种技术距实用化尚待时日。许多学者尝试探索柴油机新的燃烧放式来达到同时降低NOx和碳烟的目的。高密度—低温燃烧技术是从混合与化学过程时间尺度控制的基本概念出发,提出了时间尺度控制燃烧过程(TSCC)的概念。在降低充量初始温度的条件下,可以通过提高增压压力,提高充量密度。现代高强化柴油机在高负荷时,压缩终点的压力超过10MPa,温度超过1000K,传统意义上的着火滞燃期只有100μS左右。在这种“极端”条件下,如何提高热效率,同时实现超低NOx和微粒排放是新一代内燃机燃烧理论和技术的重要课题。高密度——低温燃烧模式有可能成为解决这个难题的有效途径。对柴油机燃烧过程的研究除了传统的实验方法外,利用计算机软件进行相关数值模拟也是一项常用手段。 本文系统地论述了缸内燃烧过程的三维数值模拟方法,分析了缸内气相湍流模型、喷雾模型、燃烧模型的建模机理,并利用AVL公司开发的三维模拟软件FIRE,建立柴油机模型,验证模型的准确性,利用正交试验方法设置试验方案,并运用模型模拟了不同初始条件(进气温度,进气压力和EGR)下的柴油机燃烧过程,获得了发动机有关性能指标。研究表明:1)EGR对缸内燃烧的影响最大,进气温度和进气压力次之;2)指示燃油消耗率达到最小值的最佳水平组合为:50%负荷时;EGR取0、进气温度取400C、进气压力取2.7bar;75%负荷时;EGR取0、进气温度取200C、进气压力取2.8bar;100%负荷时;EGR取0、进气温度取200C、进气压力取2.8bar;3)平均指示压力达到最大值的最佳水平组合为:50%负荷时;EGR取0、进气温度取400C、进气压力取2.7bar;75%负荷时;EGR取0、进气温度取200C、进气压力取2.8bar;100%负荷时;EGR取0、进气温度取200C、进气压力取2.8bar;4)碳烟排放量达到最小值的最佳水平组合为:50%负荷时;EGR取0、进气温度取200C、进气压力取2.8bar;75%负荷时;EGR取0、进气温度取200C、进气压力取2.8bar;100%负荷时;EGR取0、进气温度取200C、进气压力取2.8bar;5)NOx排放量达到最小值的最佳水平组合为:50%负荷时;EGR取0.2、进气温度取200C、进气压力取2.6bar;75%负荷时;EGR取0.2、进气温度取400C、进气压力取2.8bar;100%负荷时;EGR取0.2、进气温度取200C、进气压力取2.6bar;最后的综合平衡分析的最优方案是:50%负荷EGR为0.1,进气压力为2.7bar,进气温度为400C;75%负荷EGR为0.1,进气压力为2.8bar,进气温度为200C;100%负荷EGR为0.1,进气压力为2.8bar,进气温度为200C。


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