【摘要】：天然氣具有儲量豐富及燃燒排放污染少等特點(diǎn),為改善我國能源結(jié)構(gòu)和治理大氣污染具有重要意義,柴油/天然氣雙燃料發(fā)動機(jī)為天然氣利用的一種形式。柴油/天然氣發(fā)動機(jī)在小負(fù)荷時(shí)存在碳?xì)渑欧鸥摺嵝实偷葐栴},通過改變噴油壓力、噴油時(shí)刻、空燃比、天然氣能量替代率等措施可有效降低碳?xì)渑欧?提高發(fā)動機(jī)熱效率,其中改變噴油時(shí)刻及噴油壓力影響著火前柴油在缸內(nèi)分布及霧化蒸發(fā)效果,噴油器噴嘴設(shè)計(jì)參數(shù)也將直接影響缸內(nèi)柴油分布及霧化蒸發(fā),本文利用數(shù)值模擬平臺研究高天然氣替代率、小負(fù)荷低轉(zhuǎn)速條件下,不同噴油時(shí)刻、壓力及改變噴嘴設(shè)計(jì)參數(shù)對雙燃料發(fā)動機(jī)性能影響的規(guī)律,改變噴嘴設(shè)計(jì)參數(shù)包括改變噴孔錐角、孔徑及孔數(shù)。研究表明,在一定范圍內(nèi)提前噴油則缸壓峰值提升,放熱率形狀由雙峰變?yōu)閱畏?燃燒末期未燃天然氣減少,著火前柴油在缸內(nèi)由團(tuán)狀分布變?yōu)榄h(huán)狀分布且逐漸遠(yuǎn)離氣缸軸線。大幅提前噴油條件下,適當(dāng)提高噴油壓力,柴油著火前在缸內(nèi)由團(tuán)狀分布變?yōu)榄h(huán)狀分布,且柴油貫穿距離增加,放熱率峰值升高,燃燒速率加快,缸壓峰值上升;噴油壓力過高,則一部分柴油落至活塞頂部,燃燒始點(diǎn)及重心后移,最大缸壓下降。不同噴油壓力下改變噴孔錐角、孔徑及孔數(shù),有以下結(jié)論:(1)對比四組不同的兩層噴孔錐角,40MPa噴油壓力下,放熱率均為單峰結(jié)構(gòu),原噴油器152°及160°噴孔錐角的缸壓峰值較高,CA50靠前,燃燒持續(xù)期短。70MPa噴油壓力下,隨噴孔錐角的減小放熱率由單峰變?yōu)殡p峰,僅120°噴孔錐角的缸壓峰值較低,其他三組缸壓峰值較高且相差較小,160°及152°噴孔錐角的CA50靠前,燃燒持續(xù)期短,天然氣燃燒速率快。100MPa噴油壓力下,放熱率均為單峰結(jié)構(gòu),120°噴孔錐角的缸壓峰值最高,CA50靠前且燃燒持續(xù)期短。40及70MPa噴油壓力下應(yīng)選用較大噴孔錐角如152°及160°,100MPa噴油壓力下應(yīng)選用較小噴孔錐角如120°。(2)三組噴油壓力下:對比四組不同的下層噴孔錐角,放熱率為單峰結(jié)構(gòu),缸壓峰值、CA50及燃燒持續(xù)期相差極小;對比三組不同的噴孔孔徑,放熱率均為單峰結(jié)構(gòu),CA50相差較小,小噴孔孔徑的缸壓峰值較高,燃燒持續(xù)期較短。三組噴油壓力下僅改變下層噴孔錐角對發(fā)動機(jī)燃燒無明顯影響,選用小噴孔孔徑如0.127mm的燃燒效果較好。(3)40及70MPa噴油壓力下,對比三組不同噴孔孔數(shù),8孔及10孔的放熱率呈單峰結(jié)構(gòu),缸壓峰值較高且CA50靠前,而16孔的放熱率呈雙峰結(jié)構(gòu)。100MPa噴油壓力下,三組不同孔數(shù)的放熱率均為單峰結(jié)構(gòu),且缸壓峰值相差較小,其中8孔的缸壓峰值最高,CA50靠前,燃燒持續(xù)期最長。三組噴油壓力下8孔及10孔的燃燒效果較好,除100MPa噴油壓力外,增加較多噴孔孔數(shù)則天然氣燃燒速率減慢。(4)著火前大部分引燃柴油均勻分布于燃燒室凹坑與活塞頂交界處附近時(shí),缸壓峰值較高,放熱率呈單峰結(jié)構(gòu),燃燒持續(xù)期較短且燃燒重心靠前,天然氣燃燒速率較快,燃燒效果較好。一方面缸內(nèi)柴油呈環(huán)狀均勻分布,油氣接觸面積大,柴油與天然氣燃燒重合區(qū)域廣闊,燃燒初期以柴油及天然氣燃燒所組成著火點(diǎn)數(shù)量多,另一方面缸內(nèi)凸起處氣流運(yùn)動較強(qiáng),燃燒前期此處火焰因氣流作用容易擴(kuò)散至相鄰未燃區(qū)域,缸內(nèi)形成穩(wěn)定著火源后燃料燃燒速率快,高溫區(qū)迅速擴(kuò)展。噴油參數(shù)及噴孔設(shè)計(jì)參數(shù)共同影響缸內(nèi)引燃柴油分布位置及霧化蒸發(fā),不同噴油參數(shù)確定不同噴孔設(shè)計(jì)參數(shù)最優(yōu)方案,噴孔設(shè)計(jì)參數(shù)選擇要與噴油策略相結(jié)合。
【圖文】：

需求增長與能源短缺、環(huán)境保護(hù)之間矛盾的重要措施。自 1973 年以來發(fā)生的數(shù)次石油危機(jī)，導(dǎo)致原油價(jià)格成倍上漲，直接影響工業(yè)化國家的經(jīng)濟(jì)增長。發(fā)生石油危機(jī)的最根本原因是世界石油資源的地區(qū)分布不平衡。從世界石油資源來看，2003 年底北美地區(qū)探明的石油儲量占世界總探明儲量的 17.2%，前蘇聯(lián)地區(qū)累計(jì)探明石油儲量占世界總探明儲量的 14.5%，中東地區(qū)探明的石油儲量占全球總探明儲量的 57.4%，南美及亞非等地區(qū)石油匱乏，世界石油地區(qū)消費(fèi)量與石油資源存儲量存在著嚴(yán)重的失衡現(xiàn)象，如西歐、北美及亞太三個(gè)地區(qū)的石油消費(fèi)卻占世界石油消費(fèi)總量的近 80%，而石油探明儲量不超過世界總量的 22%[3]。根據(jù) 2017年發(fā)布的《國內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報(bào)告》，2016 年我國石油消費(fèi)量達(dá)到 5.56 億噸，包括液化石油氣、成品油、原油等產(chǎn)品在內(nèi)的石油凈進(jìn)口量對外依存度達(dá)到67.3%，如圖 1.2 所示，超過 2015 年的 60.6%，從 2000 年到 2016 年我國石油的對外依賴度逐年攀升，原油進(jìn)口量連續(xù) 15 年上升，在 2016 年達(dá)到 3.810 億噸，增幅在 13.7%左右，進(jìn)口總額達(dá)到 1153.083 億美元。預(yù)計(jì) 2020 年我國石油消費(fèi)總量將會在 6 億噸左右，2030 年前后 80%的石油消耗量將依賴進(jìn)口[4,5]，不利于我國能源安全。

第 1 章 緒論不僅影響市民的生活出行，還嚴(yán)重影響人們的身體健康。霧霾成因主要是廢棄物的排放，工業(yè)生產(chǎn)廢棄物的排放使粉塵及二氧化硫等顆粒物大大增加，而煤炭燃燒及汽車尾氣的排放顆粒物是其主要來源。汽車發(fā)動機(jī)用汽油及柴油在完全燃燒時(shí)不考慮微量雜質(zhì)將只產(chǎn)生水蒸氣和二氧化碳，實(shí)際燃料在發(fā)動機(jī)內(nèi)不可能完全燃燒，排放污染物主要有一氧化碳、碳?xì)浠衔�、氮氧化物、微�?PM 等[6]，為限制因內(nèi)燃機(jī)車所造成的大氣污染，20 世紀(jì) 60 年代起世界各國相繼建立了汽車排放標(biāo)準(zhǔn)，主要有歐系、美系及日系三大排放標(biāo)準(zhǔn)，且排放法規(guī)一代比一代嚴(yán)格，表 1.1 為歐五及歐六排放標(biāo)準(zhǔn)（M 類），，我國汽車排放法規(guī)的建立相對較晚，80年代起開始著手內(nèi)燃機(jī)的排放控制工作，先后頒布的汽柴油車的排放法規(guī)，20世紀(jì)末開始逐步參考?xì)W洲排放法規(guī)建立我國的排放法規(guī)，近些年北京及上海等地已開始實(shí)施的國六標(biāo)準(zhǔn)，將在 2020 年全國范圍內(nèi)實(shí)施。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK401

【參考文獻(xiàn)】

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1 李偉峰;劉忠長;王忠恕;竇慧莉;;引燃柴油量和當(dāng)量比對雙燃料發(fā)動機(jī)低負(fù)荷燃燒的影響[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào);2015年06期

2 崔東樹;;從世界能源結(jié)構(gòu)變化看中國乘用車發(fā)展趨勢[J];汽車工業(yè)研究;2015年11期

3 賈宏杰;穆云飛;余曉丹;;對我國綜合能源系統(tǒng)發(fā)展的思考[J];電力建設(shè);2015年01期

4 孫璐;劉亦夫;曾科;;不同噴油提前角下雙燃料發(fā)動機(jī)的燃燒特性和穩(wěn)定特性[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);2014年07期

5 董堯清;劉永祥;;車用生物柴油的現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J];現(xiàn)代車用動力;2007年04期

6 劉永峰;張幽彤;裴普成;;天然氣發(fā)動機(jī)汽車的優(yōu)勢和發(fā)展現(xiàn)狀[J];現(xiàn)代化工;2006年S2期

7 姚春德,姚廣濤,宋金甌,段峰;柴油引燃預(yù)混合天然氣實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)均質(zhì)壓燃著火燃燒方式的理論研究[J];汽車工程;2005年02期

8 李志軍,付曉光,劉文勝,郭永田,常立家,段家修,許斯都;柴油/CNG雙燃料發(fā)動機(jī)開發(fā)及其性能分析[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2003年06期

9 林志強(qiáng),蘇萬華,王國祥;柴油引燃天然氣發(fā)動機(jī)著火特性及其影響因素的研究[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2003年03期

10 李志軍,付曉光,呂筱萍,郭永田,常立家,段家修,許斯都;柴油/CNG雙燃料發(fā)動機(jī)排放性能的試驗(yàn)研究[J];內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào);2003年02期

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1 李偉峰;高稀釋—預(yù)混合天然氣發(fā)動機(jī)燃燒過程分析與優(yōu)化[D];吉林大學(xué);2016年

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本文編號：2596294