發(fā)布時間：2020-10-01 16:44

　　 柴油機在國際航運界的廣泛使用給世界經(jīng)濟帶來繁榮的同時,其大氣污染等消極影響也越發(fā)的凸顯。節(jié)能和減排成為當今世界面臨的兩大主要課題,尋找替代燃料和低溫燃燒技術(shù)是緩解能源危機的有益嘗試。米勒循環(huán)技術(shù)通過實現(xiàn)低溫燃燒而降低排放,具有響應(yīng)快易控制的優(yōu)點,而丁醇的含氧特性可以優(yōu)化米勒循環(huán)的貧氧燃燒問題,二者結(jié)合相得益彰。本文以4190Z_LC-2型船用柴油機為研究對象,利用AVL-FIRE軟件對柴油機燃燒過程模擬計算,研究丁醇結(jié)合米勒循環(huán)對柴油機燃燒性能和排放性能的影響,為米勒循環(huán)技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)有柴油機提供理論和數(shù)據(jù)支撐。首先,依據(jù)4190Z_LC-2型船用柴油機燃燒室尺寸,利用AUTO-CAD繪制燃燒室二維圖形,然后將其導(dǎo)入AVL-FIRE中的ESE模塊構(gòu)建燃燒室高壓循環(huán)模型,完成網(wǎng)格劃分;根據(jù)柴油機工作特性設(shè)置適當?shù)倪吔鐥l件、初始條件和子模塊,并選擇合適的柴油-丁醇混燃化學反應(yīng)機理文件耦合仿真軟件完成柴油-丁醇雙燃料發(fā)動機仿真模型的建立;通過對比缸壓曲線仿真值和試驗值,不斷驗證并校正仿真模型的準確性,直至滿足工程計算精度。其次,利用所建立的三維仿真模型進行仿真計算,分析丁醇摻混比、米勒度以及二者的結(jié)合對柴油機燃燒特性和排放特性的影響。在100%負荷下,選取四組丁醇摻混比進行計算,在犧牲稍許動力前提下,丁醇摻混比B30工況碳煙和CO排放降低明顯;保持原機進氣壓力不變,選取四組米勒度進行仿真計算,實現(xiàn)了NO生成質(zhì)量分數(shù)的降低,但高增壓的缺席使得米勒循環(huán)由于缺氧問題很難發(fā)揮其性能優(yōu)勢;在摻混比B30基礎(chǔ)上結(jié)合米勒循環(huán)仿真計算表明,丁醇的富氧特性可以改善低米勒度下的貧氧問題,但無法彌補高米勒度的泵氣損失。最后,通過改變邊界條件挖掘摻燒丁醇結(jié)合米勒循環(huán)方案的潛力。選取四組進氣壓力和四組結(jié)合方案,進行4x4=16組計算,對潛力最大的B30+M40方案進行優(yōu)化。研究表明,摻混比B30結(jié)合米勒度M40方案與進氣壓力0.283MPa匹配最優(yōu),在指示功率與原機保持一致的基礎(chǔ)上,指示油耗率降低2.04%,NO質(zhì)量分數(shù)降低16.6%,CO質(zhì)量分數(shù)降低51.01%。
【學位單位】：集美大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：U664.121
【部分圖文】：

（a）滯后關(guān)閉進氣門 （b）提前關(guān)閉進氣門圖 1-1 狄賽爾循環(huán)和米勒循環(huán) P-V 圖（傳統(tǒng)奧拓循環(huán)）進氣門延遲關(guān)閉的米勒循環(huán)是指，進氣過程一直持續(xù)到下止點后，直至到達設(shè)定的進門延遲關(guān)閉角，在壓縮沖程中才將進氣門關(guān)閉。進氣口的延遲關(guān)閉使得一部分新鮮沖量壓縮行程中被擠出氣缸，因而導(dǎo)致氣缸內(nèi)的新鮮沖量減少，發(fā)動機的有效壓縮比減小，用來做功的膨脹比不變，所以發(fā)動機的熱效率和經(jīng)濟性提高[14]。進氣門提前關(guān)閉的米勒循環(huán)是指，在活塞下行的進氣沖程中，在下止點前的某角度提關(guān)閉進氣門，氣缸的新鮮沖量在進氣門關(guān)閉后隨著活塞的下行而膨脹吸熱，進而起到冷氣缸的作用，氣缸內(nèi)的溫度和壓力降低，在后續(xù)的壓縮沖程中發(fā)動機的實際壓縮比減小，縮終了的溫度和壓力都會相應(yīng)降低，為降低燃燒溫度和減少 NOx 排放提供了先天條件。.2.2 米勒循環(huán)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀米勒循環(huán)的概念提出早于渦輪增壓技術(shù)。在起初的研究階段由于米勒循環(huán)會減少氣缸進氣充量，發(fā)動機的油耗率和 Soot 排放升高并且輸出功率會下降，所以在那時米勒循環(huán)

圖 2-1 噴霧過程示意圖也滿足以下控制方程：量方程： = 動微分方程： =34 1 | | (1 ) 為液滴質(zhì)量； 為阻力， 為液滴的速度矢量； = · =12 ； g= ( g)g ； = ； 包括體密度， 為氣液相對速度， 為液滴代表性面積， 是阻如下關(guān)系：

易于模擬的次級破碎模型。AVL-FIRE 提供了多B 模型、TAB 模型、FIPA 模型以及 WAVE 模型等很簡便，但是此模型不能充分預(yù)測次級破碎過程中H-RT 模型，理由是：KH 模型和 WAVE 模型指導(dǎo)思成不穩(wěn)定擾動波的 RT 模型，KH-RT 模型計算結(jié)果可相似的 KH-RT 模型計算表示為： = 3.7 2 ΛΩ = 1ΛΛ = ( , )Ω = ( , )始半徑，C1為噴油器常數(shù)，Λ 為波長，Ω 為波高指在時間， 是液滴的特性。T 模型破碎子模型。從圖中可以看出，在上游液滴在下游將會覆蓋兩種破碎機理。

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本文編號：2831713