【摘要】：液氧固碳閉式循環(huán)柴油機的循環(huán)系統(tǒng)完全封閉,不會與外界發(fā)生氣體交換,不會有廢氣排出,避免了對于在空氣不流通的封閉環(huán)境下使用柴油機的作業(yè)人員的傷害。但其相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究仍有欠缺,尤其是柴油著火和燃燒方面的問題,是發(fā)展新型柴油機燃燒方式的關(guān)鍵所在,因此,研究其著火特性對于液氧固碳閉式循環(huán)柴油機的發(fā)展意義重大。為了研究液氧固碳閉式循環(huán)柴油機的著火特性,本文采用仿真和試驗相結(jié)合的方式來展開研究。首先,由于著火延遲時間是柴油的重要著火特性,因此先對柴油的著火延遲時間計算公式進行了理論推導,接著建立了KIVA-CHEMKIN模擬平臺并耦合了簡化機理,隨后應用KIVA-CHEMKIN模擬平臺對柴油在空氣環(huán)境和O_2/CO_2環(huán)境下著火燃燒過程進行了仿真。其次,搭建了定容燃燒彈可視化試驗平臺,對柴油在空氣環(huán)境和O_2/CO_2環(huán)境下的著火燃燒過程進行了可視化試驗研究。最后,對柴油仿真和試驗數(shù)據(jù)進行了對比分析,描述了柴油在空氣環(huán)境和O_2/CO_2環(huán)境下的著火過程;對比分析了柴油在空氣環(huán)境和O_2/CO_2環(huán)境下著火延遲時間的試驗值和仿真值;對仿真得到的柴油著火火焰溫度云圖進行分析;比較分析柴油在空氣環(huán)境和O_2/CO_2環(huán)境下火焰浮起長度的變化。研究結(jié)果表明:柴油在O_2/CO_2環(huán)境下的著火延遲時間、火焰溫度云圖和火焰浮起長度的仿真值與試驗值基本吻合,初步證明本文建立的KIVA-CHEMKIN模型計算柴油在O_2/CO_2環(huán)境下著火的準確性;與空氣環(huán)境相比,柴油在O_2/CO_2環(huán)境下的著火延遲時間變短;柴油在O_2/CO_2環(huán)境下的火焰浮起長度明顯小于空氣環(huán)境中的。柴油在O_2/CO_2環(huán)境下的著火特性與常規(guī)空氣環(huán)境下的大不相同,本文的研究成果為進一步研究液氧固碳閉式循環(huán)柴油機提供了重要的科學依據(jù)和理論支持。
【學位授予單位】：北京建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK421.24
【圖文】：

2- EGR 管，3-液氧固碳裝置，4-液氧罐，5-干燥劑，6-冷卻器，7-排氣管，8-進氣管圖 1-1 液氧固碳閉式循環(huán)燃燒系統(tǒng)原理圖Fig.1-1 Schematic diagram of closed cycle combustion system using liquid oxygen to solidify carbon關(guān)于液氧固碳閉式循環(huán)燃燒系統(tǒng)，本課題組前期已經(jīng)進行了一些基礎(chǔ)研究。弋理[2利用計算流體力學（CFD）軟件 KIVA-3V 模擬了內(nèi)燃機的富氧燃燒，通過理論計算析發(fā)現(xiàn)富氧燃燒的最佳噴油持續(xù)期為 3.3°曲軸轉(zhuǎn)角，隨后進行了內(nèi)燃機尾氣固化試驗其試驗結(jié)果證明了用液氧固化柴油機尾氣中 CO2成干冰的可行性。隨后賈曉社等[29]通仿真與試驗相結(jié)合的方法來驗證液氧固碳閉式循環(huán)燃燒系統(tǒng)的可行性，并研究了 EG率（大于 8%）對內(nèi)燃機缸內(nèi)的燃燒壓力、溫度和 CO2含量的影響，得到了最優(yōu)的 EG率為 40%。石焱[30]同樣采用仿真與試驗相結(jié)合的方法研究了液氧固碳閉式循環(huán)柴油缸內(nèi)背景氣體的密度對柴油著火的影響，其研究發(fā)現(xiàn)背景氣體密度的改變不會影響柴液相噴霧的液相錐角，但是對柴油液相噴霧的貫穿距離卻有很大的影響。與此同時，他一些研究者也進行了相關(guān)的研究。左承基等[31-33]對柴油在 O2/CO2環(huán)境下的燃燒進了仿真和光學發(fā)動機試驗研究，分析了燃燒規(guī)律和排放特性，他們發(fā)現(xiàn)柴油在 O2/CO環(huán)境下的燃燒速率較空氣環(huán)境而言提升了將近 37.6%。Tan 等[34]為了實現(xiàn)柴油無氮燃進行了柴油機試驗，用 CO2代替部分 N2參與進氣來優(yōu)化和降低排放，分析了不同濃

1.3 工作路線為了研究液氧固碳閉式循環(huán)柴油機的著火特性，本文采用仿真和試驗相結(jié)合的方法進行研究。本文工作路線如圖 1-2 所示，第一部分是仿真部分，由于著火延遲時間是柴油的重要著火特性，因此在這部分首先對柴油的著火延遲時間計算公式進行了推導，然后介紹了 KIVA-3V 軟件的理論基礎(chǔ)并建立了 KIVA-CHEMKIN 模擬平臺，最后應用耦合了簡化機理的 KIVA-CHEMKIN 模擬平臺分別對柴油在五個工況下的著火燃燒過程進行了仿真，按照進氣成分的不同這五個工況分別為，工況一進氣成分為空氣（ 78%N2/21%O2）， 工 況 二 進 氣 成 分 為 53%O2/47%CO2， 工 況 三 進 氣 成 分 為57%O2/43%CO2，工況四進氣成分為 61%O2/39%CO2，工況五進氣成分為 65%O2/35%CO2；第二部分是試驗部分，首先介紹了定容燃燒彈可視化試驗平臺的各個系統(tǒng)的組成和功能，然后設(shè)計了與仿真相對應的五個工況的柴油著火試驗方案，最后將每個工況分別在定容燃燒彈可視化試驗平臺上進行一次柴油著火試驗；第三部分是數(shù)據(jù)分析部分，這部分主要通過仿真和試驗數(shù)據(jù)的對比分析來研究柴油的著火特性，主要包括四個方面，即柴油的著火過程、著火延遲時間、火焰溫度云圖和火焰浮起長度；最后一部分是結(jié)論和展望，在這一部分首先對數(shù)據(jù)分析部分進行總結(jié)得到結(jié)論，然后對后續(xù)的工作內(nèi)容進行展望。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊富斌;董小瑞;王震;楊凱;張健;張紅光;;基于有機朗肯循環(huán)的車用柴油機排氣余熱回收系統(tǒng)性能分析[J];車用發(fā)動機;2015年01期

2 楊崢;王s

本文編號：2724661