柴油/天然气双燃料发动机的燃烧及排放特性研究

【摘要】：内燃机作为世界上使用最为广泛的热力机械,在每年消耗大量石油燃料的同时,也造成了严重的环境污染,面对石油短缺和环境污染,天然气以其储量丰富、经济清洁等特点成为最具竞争力的替代燃料,而双燃料发动机也成为内燃机研究中的一个重要课题。本文运用CFD数值模拟的方法,结合台架试验,模拟缸内燃烧过程,对比分析了柴油-天然气双燃料发动机中替代率、柴油喷射提前角和负荷等对燃烧和排放特性的影响。进行了WP10柴油-天然气双燃料发动机计算模型的建立以及计算条件的设置,并进行台架试验,采集了发动机的缸内压力曲线等试验数据,利用缸内压力曲线对燃烧仿真模型进行了有效性验证。利用验证后的计算模型,分别对不同替代率、柴油喷射提前角和负荷下的工况进行模拟,对比分析其对燃烧及排放的影响,研究结果表明：(1)替代率分别为30%、50%、70%和80%时,随着替代率的升高：缸内平均压力和温度降低,当替代率从30%提高到80%时,缸内最高压力下降约28%,最高平均温度降低约17%：火焰因替代率增加时柴油喷射量减少,贯穿距变短,火焰分布区域减少；NO和SOOT的质量分数降低,替代率从30%到80%,NO和SOOT的质量分数分别降低了约84%和68.42%,排放得到明显改善。(2)柴油喷射时刻分别为7°BTDC、11°BTDC、15°TDC、19°BTDC时,随着喷油时刻的延后：缸内平均压力和温度降低,相比19°BTDC,7°BTDC时缸内最高平均压力下降26.69%,最高平均温度下降157K；NO生成量逐渐减少,7°BTDC NO生成量比19°BTDC低75.09%；7°BTDC时SOOT平均质量分数最高,而11°BTDC、15°BTDC和19°BTDC时基本一致,比7°BTDC低约57%。(3)扭矩分别为300N·m、500N-m、700N·m、800N·m时,随着扭矩的增加：缸内平均压力和温度升高,扭矩从300N-m增加到800N.m时,缸内最高平均压力增加约24%,最高平均温度增加了461K；火焰速度增加,分布区域增大;NO和SOOT生成量增加,800N·m时NO和SOOT的生成量分别时是300N.m时的2.8倍和21倍。 【关键词】：双燃料发动机 CFD 燃烧 排放
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK401
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 符号说明11-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 引言12-15
• 1.2 双燃料发动机的分类15-17
• 1.3 双燃料发动机的国内外研究现状17-20
• 1.3.1 国外研究现状17-19
• 1.3.2 国内研究现状19-20
• 1.4 本文主要研究内容20-21
• 第二章 数值模拟的理论基础21-32
• 2.1 控制体积法的守恒定律22-25
• 2.2 计算模型25-31
• 2.2.1 湍流模型26-27
• 2.2.2 喷雾模型27-28
• 2.2.3 燃烧模型28-29
• 2.2.4 排放模型29-31
• 2.3 本章小结31-32
• 第三章 燃烧过程建模及台架试验32-40
• 3.1 仿真模型的建立32-33
• 3.1.1 计算对象32-33
• 3.1.2 网格划分33
• 3.2 计算条件的设置33-36
• 3.2.1 运行模式33-34
• 3.2.2 模块激活34
• 3.2.3 边界条件34-35
• 3.2.4 初始条件35
• 3.2.5 解算器设置35-36
• 3.3 试验台架的搭建36-37
• 3.4 模型的有效性验证37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 双燃料发动机燃烧过程研究40-69
• 4.1 替代率对燃烧的影响40-50
• 4.1.1 替代率对压力的影响40-41
• 4.1.2 替代率对温度场的影响41-44
• 4.1.3 替代率对火焰速度的影响44-46
• 4.1.4 替代率对排放的影响46-50
• 4.2 柴油喷射时刻对燃烧的影响50-59
• 4.2.1 柴油喷射时刻对压力的影响50-51
• 4.2.2 柴油喷射提前角对温度的影响51-54
• 4.2.3 柴油喷射提前角对火焰速度的影响54-57
• 4.2.4 柴油喷射提前角对排放的影响57-59
• 4.3 负荷对燃烧的影响59-67
• 4.3.1 负荷对压力的影响59-60
• 4.3.2 负荷对温度的影响60-63
• 4.3.3 负荷对火焰速度的影响63-65
• 4.3.4 负荷对排放的影响65-67
• 4.4 本章小结67-69
• 第五章 全文总结及工作展望69-71
• 5.1 全文总结69-70
• 5.2 工作展望70-71
• 参考文献71-76
• 致谢76-78
• 攻读学位期间发表的学术论文目录78-79
• 附件79

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

中国天然气汽车发展方向探讨    周曦,杨玉国

LNG/柴油双燃料发动机供气技术发展趋势    姚冬梅;

重型车用增压中冷稀燃LNG发动机性能研究    李娜

车用环保甲醇柴油制备工艺的研究    龚旌;

柴油/甲醇组合燃烧尾气中甲醛的检测    姚春德;彭红梅;黄钰;杨建军;李帅;刘义亭;

不同喷射方式对柴油/甲醇组合燃烧尾气中甲醛排放的影响    姚春德;项春艳;黄钰;彭红梅;徐元利;杨建军;

双燃料发动机燃烧放热模型的应用    汤东;银铭强;来超峰;胡正权;罗福强;

LNG汽车的发展研究    姚鑫;王凯明;

甲醇用作柴油替代燃料的研究进展    魏远文;黄海波;田维;韩志强;

供油提前角对M15甲醇柴油燃烧和排放特性影响的分析    冯星;王铁;张翠平;郭鹏;曹杰;冯丹华;王娜;

甲醇-柴油混合燃料的燃烧特性研究    徐斌;潘永方;吴健;马志豪;范晨阳;

天然气——汽车的清洁燃料    刘雪芳,赵明智,林丽华

车用液化天然气供气系统工艺与设备    吴北民;陈叔平;殷劲松;谢福寿;姚淑婷;

预混合压燃发动机混合气形成与燃烧过程研究    姚广涛

4SH-N天然气发动机工作过程优化及排放控制    杨立平

生物制气—柴油双燃料发动机的燃烧噪声及燃烧模拟    汤东

柴油—甲醇组合燃烧发动机的控制策略及试验研究    黄钰

掺醇燃料发动机尾气中甲醛检测方法及其排放特性的研究    彭红梅

CNG单燃料多点喷射发动机电控系统开发及性能研究    彭雪飞

气体燃料对内燃机燃烧过程及排放影响的机理研究    钱叶剑

基于燃料设计与管理的HCCI/DI分层复合燃烧的试验研究    马骏骏

两气门WP10国III、国IV柴油机燃烧系统开发    李云强

满足国Ⅳ排放标准压缩天然气发动机燃烧过程的研究    司鹏鹍

天然气汽车三效催化器流场均匀性数值模拟及催化剂优化    张力,闫云飞,冉景煜,修恒旭

浅谈车用天然气应用技术的推广    彭峻岭,高峰

发动机不同工况下三效催化器的温度场和转化效率试验    高莹;于秀敏;李君;杨世春;

天然气—柴油双燃料车用发动机动力性能研究    丁能胜;范鹏;王军;

分隔室火花点火天然气发动机燃烧过程的试验研究    张怀东;李立顺;张天如;张德福;朱自强;

增压柴油/CNG双燃料发动机CNG电控技术研究    张新塘,高孝洪,潘志翔,罗齐江,金锋

Measurement of laminar burning velocities and analysis of flame stabilities for hydrogen-air-diluent premixed mixtures    

基于GeoMagic的异形曲面快速数字建模技术研究    黄诚驹,齐荣

逆向工程的流程研究和基于Geomagic的实例应用    张德海;梁晋;郭成;梁新合;

天然气/柴油双燃料发动机研发现状及发展    李克,杨铁皂,徐斌,张保恒

液化天然气冷能利用技术研究及其过程分析    边海军

车用柴油机燃烧系统参数优化及其流动分析    林学东

压燃式天然气发动机燃烧过程模拟计算和试验研究    郑清平

绿色汽车燃料—液化天然气冷量回收汽车空调系统研究    王强

杭汽开发双燃料发动机    

双燃料发动机(天然气/柴油)性能与排放的研究    王立新,兰志波

双燃料发动机的开发现状    邱先文,夏淑敏,唐琦,刘书亮

双燃料发动机的结构改进及试验研究    李昆,陈建平,胡准庆

双燃料发动机通过鉴定    靳光法

让天更蓝水更清——锡柴新一代电控双燃料发动机排放达欧Ⅱ标准    潘志军

电控双燃料发动机的研究与开发    钱恒荣,高世伦

柴油/天然气双燃料发动机技术改装方案分析    张延峰,谭从民,郭永田,常立家,张苏,李志军

双燃料发动机性能与排放的试验研究    张强,王志明

双燃料发动机技术浅析    崔怡;

浅谈沼气—柴油双燃料发动机与纯沼气发动机的配置与工艺    曾宪芳;

天然气/柴油双燃料发动机排放的研究    江彤;兰志波;王立新;吴宁;

生物质燃气/柴油双燃料发动机试验研究    徐光启;陈昆;

天然气/柴油双燃料发动机在海油平台上的应用    凌爱军;

基于高压共轨双燃料发动机性能试验研究    陈本林;田青云;吴向畅;陈刚;

6102B3Q型柴油——天然气双燃料发动机的开发与应用    张可红;安中强;钟子宪;

LNG双燃料发动机在渔船上的应用    黄文超;赵新颖;谌志新;

中国石油钻井用双燃料发动机填补国内空白    王巧然

双燃料发动机投放市场    刘泓波通讯员 王永刚

双燃料机，船东船企“双驱动”    中国船舶工业市场研究中心 彭雪竹

双燃料发动机“热透”全球    中国船舶工业经济研究中心 肖志家

双燃料发动机在济南研制成功    张奇

钻井用双燃料发动机研制成功    钟由

昆仑双燃料发动机油研制成功    冯玉昆

淄柴研制成功两款双燃料发动机    张远平 高明祥

中油燃气携手济柴力推内河船“双燃料”    记者 冷翠华

长江绿色物流创新工程通过评审    记者 桂雪琴 赵慧

生物制气—柴油双燃料发动机燃烧试验与模拟    梁昱

基于化学反应动力学的天然气—柴油电控双燃料发动机燃烧模型的研究    赵骆伟

生物制气—柴油双燃料发动机的燃烧噪声及燃烧模拟    汤东

混合喷射液化石油气/柴油双燃料发动机的研究    祁东辉

双燃料发动机LNG剩余量测量系统研究    朱海卫

CNG/柴油双燃料发动机的开发与试验研究    张俊超

LNG/柴油双燃料发动机燃烧特性研究    房居祥

引燃柴油喷油正时对电控共轨柴油/LNG双燃料发动机性能影响的研究    史强

甲醇/柴油双燃料发动机性能及排放研究    王亚红

船用LNG/柴油双燃料发动机排放特性研究    江会华

双燃料发动机的排放算法与误差因素研究    蔡尚峰

柴油/天然气双燃料发动机的燃烧及排放特性研究    刘振

船用中速柴油/天然气双燃料发动机燃烧性能试验研究    刘康

柴油/天然气双燃料发动机的控制策略与试验研究    段启蒙