本文關鍵詞：混合燃料噴霧燃燒特性的實驗及數(shù)值模擬研究

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【摘要】：為了滿足日益嚴苛的排放法規(guī)和燃油經(jīng)濟性要求,并減輕排氣后處理器的負擔,近年來,開發(fā)新的發(fā)動機燃燒技術以降低其自身排放的研究十分活躍,涌現(xiàn)出諸如均質壓燃(HCCI)、汽油部分預混壓燃(PPCI)和低溫燃燒(LTC)等旨在實現(xiàn)發(fā)動機高效清潔燃燒的新型燃燒方式,它們有望解決內燃機PM排放和NOx排放Trade-off矛盾。但是,現(xiàn)階段它們均面臨著運行負荷范圍偏小、著火時刻和燃燒速率難以控制、HC和CO排放高、冷啟動和工況過渡困難等困境。由于這些燃燒方式的著火與燃燒由化學反應動力學所主導并在一定程度上受氣流運動和油氣混合控制,混合燃料這類燃料化學控制方法成為了解決這些困境的重要途徑和手段。本文運用CFD數(shù)值模擬方法對汽柴油混合燃料噴霧特性進行了研究。首先,結合ECN噴霧實驗數(shù)據(jù)庫、依據(jù)經(jīng)典線性穩(wěn)定性理論對KH-RT破碎模型對環(huán)境條件的適應性進行了分析,指出提高噴霧破碎模型對不同環(huán)境條件適應性的方法和路徑;然后,利用離散多組分蒸發(fā)模型對汽柴油混合燃料噴霧特性進行模擬,對比分析了單組份燃料和混合燃料在不同環(huán)境條件的噴霧貫穿距、SMD、燃油蒸發(fā)速率。仿真結果表明,混合燃料G50噴霧特性一般處在G0和G100之間,且G50各項噴霧特性參數(shù)與G0更為接近;環(huán)境溫度對單燃料和混合燃料噴霧特性影響較大,主要表現(xiàn)在:隨著環(huán)境溫度升高,液滴的蒸發(fā)速率會大幅提升,特別是當環(huán)境溫度高于液滴的臨界溫度時,液滴的蒸發(fā)速率可達90%以上。應用高速攝影和激光誘導熾光法(LII)對柴油噴霧燃燒過程進行可視化研究。在柴油噴霧燃燒過程中,可以觀測到藍色火焰、黃色或白色火焰,著火前期它以預混合燃燒為主,隨時間推移火焰快速發(fā)展為擴散燃燒為主的燃燒方式。燃油噴射壓力由100MPa減小到60MPa,柴油噴霧液相貫穿距略微減小,燃燒滯燃期變長;孔直徑由0.15mm增大到0.25mm,柴油噴霧液相貫穿距增大,燃燒滯燃期變長。最后,利用詳細化學反應動力學燃燒模型研究汽柴油混合燃料著火燃燒性能,隨著汽油添加比例的增加,著火時刻不斷延遲,火焰浮起長度增長。
【關鍵詞】：內燃機 燃燒方式 混合燃料 噴霧 破碎模型 激光誘導熾光法
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK401
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-20
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 新燃燒系統(tǒng)開發(fā)思路11-12
• 1.3 混合燃料的噴霧燃燒研究現(xiàn)狀12-14
• 1.4 燃油噴霧燃燒研究方法概述14-19
• 1.5 本課題研究的主要內容19-20
• 2 三維噴霧燃燒計算模型20-32
• 2.1 控制方程組20-24
• 2.2 湍流模型24-25
• 2.3 噴霧霧化子模型25-30
• 2.4 燃料化學反應模型30
• 2.5 本章小結30-32
• 3 燃料噴霧CFD研究32-47
• 3.1 單組份燃料噴霧研究32-39
• 3.2 混合燃料噴霧CFD研究39-45
• 3.3 本章小結45-47
• 4 燃料燃燒可視化實驗及CFD研究47-66
• 4.1 噴霧燃燒測試原理和裝置47-54
• 4.2 試驗參數(shù)54-55
• 4.3 試驗結果分析55-63
• 4.4 混合燃料燃燒CFD研究63-64
• 4.5 本章小結64-66
• 5 總結與展望66-69
• 5.1 研究結論與創(chuàng)新點66-68
• 5.2 研究展望68-69
• 致謝69-70
• 參考文獻70-76
• 附錄 攻讀碩士學位期間發(fā)表論文和參與的科研項目76

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本文編號：633494