本文關(guān)鍵詞：含氧燃料正丁醇對柴油機燃燒路徑影響的模擬研究

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【摘要】：隨著內(nèi)燃機行業(yè)的迅猛發(fā)展,人們所面臨的能源和環(huán)境問題日益突出,為了實現(xiàn)內(nèi)燃機的清潔燃燒,如今尋求新型的替代燃料迫在眉睫。正丁醇憑借其低熱值高、與柴油互溶性好等優(yōu)點逐漸成為清潔燃料的代表,很多試驗結(jié)果表明在柴油中摻混一定比例的正丁醇,可以有效降低發(fā)動機的有害排放物,從而達到改善柴油機的燃燒和排放特性。因此,研究正丁醇在柴油機上的應(yīng)用對實現(xiàn)內(nèi)燃機的清潔燃燒是十分必要的。本文是通過數(shù)值模擬的方法,研究了含氧燃料正丁醇對柴油機燃燒和排放的影響。首先,通過發(fā)動機三維數(shù)值模擬軟件AVL-FIRE對發(fā)動機燃燒室進行建模,并以正庚烷-正丁醇-多環(huán)芳香烴機理作為正丁醇-柴油混合燃料燃燒的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)機理。通過缸內(nèi)平均壓力的試驗值與模擬值相對比,可知它們基本吻合,因而該模型具有較高的精度,可用來進行下一步的研究。其次,分析了在柴油中摻混一定比例正丁醇時,對柴油機燃燒、氮氧化物和碳煙排放方面的影響。當(dāng)柴油中混入一定比例的正丁醇時,正丁醇會與正庚烷爭奪OH自由基發(fā)生脫氫反應(yīng),從而導(dǎo)致正庚烷的氧化反應(yīng)減慢。NO的形成可分為三種,即高溫NO、快速型NO和燃料型NO,正丁醇摻入柴油中可使混合燃料的十六烷值降低,滯燃期變長,燃燒速率變慢,從而導(dǎo)致缸內(nèi)的溫度降低,抑制燃料中氧原子與空氣中氮原子的反應(yīng),NO的生成量減少。碳煙的生成過程主要分為烴類燃料高溫裂解、成核階段、表面生長、凝聚等幾個階段,并主要通過乙炔加脫氫機理(HACA機理)逐漸長大,而正丁醇的加入會使乙炔的濃度降低,導(dǎo)致碳煙的形成減慢。同時,正丁醇在燃燒過程中會產(chǎn)生大量的OH自由基,使混合燃料中的OH自由基增多,加速碳煙生成過程中某些小分子物質(zhì)(如C2H2等)的氧化。且正丁醇的摻入會使混合燃料中的O原子增多,促進分子中的O原子與C原子相結(jié)合,形成更多的C-O鍵,減少了 C原子與C原子相結(jié)合的機會,從而抑制了碳煙生成反應(yīng)的進行,達到降低碳煙排放的目的。最后,應(yīng)用AVL-FIRE軟件所建立的模型,研究了不同的正丁醇比例、噴油提前角等對正丁醇-柴油混合燃料燃燒時NO和碳煙前驅(qū)物的影響規(guī)律。結(jié)果顯示:正丁醇比例、噴油提前角等主要是通過影響混合燃料的滯燃期、缸內(nèi)壓力等對混合燃料的燃燒和排放特性產(chǎn)生影響的。隨著柴油中正丁醇摻混比例的增大,缸內(nèi)最大爆發(fā)壓力和缸內(nèi)平均溫度降低,指示燃油消耗率有所升高,NO和碳煙前驅(qū)物苯(A1)、萘(A2)、菲(A3)和芘(A4)的生成時刻滯后且質(zhì)量分數(shù)都呈現(xiàn)降低的趨勢;隨著噴油提前角的減小,缸內(nèi)平均壓力曲線推后,此時缸內(nèi)的最大爆發(fā)壓力也逐漸降低,NO的生成時刻滯后,生成量也逐漸降低,且NO的生成區(qū)域主要分布在氣缸的側(cè)壁面及燃燒室凹坑處,碳煙前驅(qū)物A4的生成時刻也有所滯后,A4質(zhì)量分數(shù)曲線的峰值稍升高。
【關(guān)鍵詞】：氧燃料 正丁醇 混合燃料 燃燒特性 排放特性
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK421.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• abstract6-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 引言11-13
• 1.2 內(nèi)燃機燃料研究進展13-16
• 1.2.1 含氧燃料研究進展13-15
• 1.2.2 含氧燃料對柴油機燃燒與排放的影響15-16
• 1.3 正丁醇的屬性及發(fā)展現(xiàn)狀16-20
• 1.3.1 正丁醇的屬性16-19
• 1.3.2 有關(guān)正丁醇的研究進展19-20
• 1.4 本文研究目的、意義和主要內(nèi)容20-22
• 第二章 柴油摻混正丁醇燃燒CFD模型建立22-31
• 2.1 AVL-FIRE仿真模擬軟件簡介23-25
• 2.2 計算模型的建立25-29
• 2.2.1 模型發(fā)動機的主要參數(shù)25-26
• 2.2.2 FIRE模型參數(shù)的選擇及介紹26-29
• 2.3 計算模型的驗證29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 正丁醇-柴油混合燃燒和排放特性31-46
• 3.1 柴油摻混正丁醇燃燒特性31-36
• 3.2 柴油摻混正丁醇排放特性36-44
• 3.2.1 NO_x機理分析37-38
• 3.2.2 碳煙的形成過程38-44
• 3.4 本章小結(jié)44-46
• 第四章 模擬條件對發(fā)動機燃燒和排放性能的影響46-60
• 4.1 不同的正丁醇摻混比例對柴油機各方面性能的影響46-53
• 4.1.1 摻混比例與柴油機燃燒之間的相互關(guān)系46-48
• 4.1.2 摻混比例對NO_x生成的影響48-50
• 4.1.3 摻混比例對碳煙前驅(qū)物生成的影響50-53
• 4.2 噴油正時對發(fā)動機燃燒和排放性能的影響53-58
• 4.2.1 噴油正時對發(fā)動機燃燒的影響54-55
• 4.2.2 噴油正時對NO_x生成的影55-57
• 4.2.3 噴油正時對碳煙前驅(qū)物生成的影響57-58
• 4.3 本章小結(jié)58-60
• 第五章 全文總結(jié)與工作展望60-63
• 5.1 全文總結(jié)60-61
• 5.2 工作展望61-63
• 參考文獻63-67
• 致謝67

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本文編號：1073953