柴油机分层预混压燃燃烧及多阶段高效清洁燃烧过程研究

【摘要】：在能源和环境的双重压力下,柴油预混压燃燃烧成为目前国际内燃机研究的焦点。但柴油燃料粘度高、挥发性差、自燃温度低(十六烷值高)的特性,使得柴油预混压燃燃烧中混合气的制备相当困难,快速的混合速率是实现预混压燃燃烧的根本保障。本文从燃油控制和缸内状态(温度、压力)控制出发,以清洁高效柴油预混压燃燃烧及多阶段燃烧过程为研究对象,通过试验和数值模拟相结合的方法,对各种物理、化学因素对柴油燃烧过程的耦合控制机理进行了研究。 基于间隔调制多脉冲早期喷油模式的柴油分层预混压燃燃烧的试验结果表明,通过喷油定时、脉冲间隔时间、脉冲油量及其比例以及喷射次数的控制能够降低未燃油滴损失率,形成不同缸内混合气的浓度和温度分层。针对柴油的这种可控分层预混压燃燃烧方式,提出了一种基于化学动力学反应和湍流混合特征时间尺度的改进燃烧模型。提出了一个燃料混合不均匀性程度函数H (φ),由此导出了模型中的湍流混合时间尺度系数f,用来表征燃料混合不均匀性程度与湍流混合时间尺度的关系,计算结果与实验数据符合良好。调制多脉冲喷油模式下柴油可控的分层预混压燃燃烧的着火过程是分步容积式的,并受燃料分层的强烈影响。缸内浓度与温度的分层,降低了高浓度区域的温度,有助于减少NOx。由于高当量比的混合气主要分布在活塞上方的余隙空间,壁面散热较多,温度较低,放缓了低温反应速率,而低当量比的混合气反应释放的热量小,所以混合气当量比的V型分布能够在分层预混压燃燃烧中推迟着火和减缓放热。 由于分层预混压燃燃烧均存在较低的局部燃烧温度区域导致CO和HC排放较高及负荷较低的问题,进一步采用了分层预混压燃燃烧和主喷及后喷产生的混合控制的燃烧相结合的多阶段燃烧方案。本研究采用简化化学反应机理并结合特征时间燃烧模型对多阶段着火和燃烧的多阶段燃烧过程及排放产物进行了模拟。在预混压燃燃烧阶段的着火前平均当量比下降到0.2,使得着火推迟,同时产生较多1400K以下的低温燃烧区域并因此产生较多的未燃CO,可以抑制过快的压力升高率,而且没有产生NOx。由于较晚的主喷喷雾开始时处于预混压燃燃烧产生的较低的平均缸内温度环境下,产生了相对较多的2000K以下和当量比低于2的混合气,温度高于2600K的混合气也较少并导致生成较低的NOx,而且由于燃料和氧气较为充分的混合能够保持较快的放热速率,此时仍然保持了较高的热效率。通过两次主喷射来降低单次的主喷油量能够明显降低NOx,同时保持SOOT最终排放与单次主喷时接近以及54.4%的热效率。 【关键词】：重型柴油机 分层预混压燃燃烧 多阶段燃烧 多脉冲喷射 数值模拟 特征时间燃烧模型 燃料分布
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK421.2
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-30
• 1.1 引言8-9
• 1.2 柴油机的发展与能源供给9-11
• 1.3 柴油机的发展与环境保护11-14
• 1.4 柴油机技术的发展14-28
• 1.4.1 柴油机关键部件的发展14-16
• 1.4.2 缸内燃烧技术的发展16-28
• 1.4.2.1 采用缸外预混合的预混压燃燃烧17-19
• 1.4.2.2 采用缸内早喷的预混压燃燃烧19-28
• 1.5 本课题的研究意义和内容28-30
• 第二章 三维数值模型的研究和改进30-51
• 2.1 基本模型31-38
• 2.2 燃烧模型38-49
• 2.2.1 Shell 自燃模型38-40
• 2.2.2 湍流燃烧模型40-44
• 2.2.3 化学动力学模型44-49
• 2.2.3.1 NOx 生成子模型47-48
• 2.2.3.2 SOOT 生成子模型48-49
• 2.3 本章小结49-51
• 第三章 多脉冲喷射组织的柴油分层预混压燃燃烧过程研究51-71
• 3.1 柴油分层预混压燃燃烧研究的方案51-54
• 3.2 模拟方法54
• 3.3 分层预混压燃燃烧实验结果及分析54-59
• 3.4 模拟结果及分析59-70
• 3.4.1 计算的缸内压力和不均程度函数59-61
• 3.4.2 燃料分布不均匀性对着火过程的影响61-67
• 3.4.3 缸内温度和浓度分布的演化过程67-70
• 3.5 本章小结70-71
• 第四章 多阶段燃烧过程及其排放影响因素的研究71-104
• 4.1 基本思路及研究方案71-72
• 4.2 多阶段燃烧实验72-79
• 4.3 模拟结果及分析79-102
• 4.3.1 模型验证79-81
• 4.3.2 变参数模拟研究81
• 4.3.3 多阶段燃烧过程分析81-101
• 4.3.3.1 分层预混压燃燃烧阶段82-86
• 4.3.3.2 主喷产生的混合控制燃烧阶段86-90
• 4.3.3.3 第二次主喷产生的混合控制燃烧阶段90-94
• 4.3.3.4 SOOT 排放94-97
• 4.3.3.5 中间产物对多阶段燃烧过程的影响97-101
• 4.3.4 多阶段燃烧过程的改进途径101-102
• 4.4 本章小结102-104
• 第五章 全文总结104-107
• 参考文献107-120
• 发表论文和科研情况说明120-121
• 致谢121

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

满足欧Ⅴ排放标准的轿车主流动力    孙剑萍;汤兆平;

2008年度我国车用柴油机市场分析    王俊波;

具有国际先进水平的羟基强化内燃机燃烧与改善尾气污染技术研究成功    黄桂兵

欧盟汽车碳排放法案出台 中国汽车进入欧美有难度    姬殿;

基于电控高压共轨燃油系统的多脉冲复合控制燃烧系统    林铁坚,苏万华,裴毅强

MULINBUMP-HCCI复合燃烧放热特征及其对排放和热效率的影响    苏万华,林铁坚,张晓宇,裴毅强,赵华

O’Rourke模型的网格依赖性及其改进研究    张辉亚;张煜盛;莫春兰;徐波;

重型车用柴油机排放法规及技术路线综述    郝勇;孙健;王启峰;郑晓晨;

柴油机伞帘喷雾燃烧系统的试验研究    乔信起,宋永臣,高希彦,陈家骅,黄震

全球石油储量正加速耗尽    王乃粒;

多脉冲喷油模式的调制及其对柴油HCCI燃烧过程影响的研究    王辉

物理、化学因素对清洁高效柴油燃烧过程影响的试验研究    刘斌

车用内燃机环保节能技术研究的新进展    张志永;

柴油机HCCI压缩过程缸内工质状态的模拟研究    罗伟欢;熊锐;张宗法;周伟文;

柴油机均质混合气制备过程的数值模拟    计维斌;王谦;刘庆;邹健;

运用分段对数正态函数拟合HCCI燃烧放热规律的研究    张宗法;熊锐;罗伟欢;周伟文;

变配气正时对HCCI燃烧的影响研究    刘宇,崔毅,石磊,邓康耀,何方正

车用动力环保节能新技术分析    丁晓映;刘长寿;

柴油燃料HCCI燃烧影响因素的试验研究    石磊,邓康耀,崔毅

中国石油进出口分析及相关问题探讨    张抗;卢雪梅;

直喷柴油机双壁面射流燃烧系统燃烧特性研究    郭鹏江;高希彦;

世界能源地理研究进展及学科发展展望    杨宇;刘毅;

雾化射流场中粒子运动和传热特性的研究    钱丽娟

复合激光诱导荧光定量标定技术及其对柴油喷雾特性研究的应用    孙田

柴油乙醇组合燃烧及其在发动机上应用的研究    陈绪平

汽油机低温高效燃烧中缸内温度—废气率耦合控制研究    陈韬

微波辅助聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料的制备及性能研究    曹海雷

基于燃料设计与管理的复合HCCI燃烧的试验研究    吉丽斌

高压共轨柴油机燃油喷射控制系统的开发及喷油一致性的研究    郭树满

柴油机缸套—活塞环摩擦振动量化分析方法研究    黄朝明

一种先进的轿车发动机喷油器制造关键技术的开发研究    崔厚学

柴油机进气预混甲醇的台架试验和醇气混合过程数值模拟    张登攀

多功能燃烧弹的研究    田文凯

二甲醚发动机独立润滑喷油器环带油膜形成机理及关键技术研究    姜烽

直接起停系统停止与启动过程的研究    于拓舟

高压共轨柴油机喷油规律和喷油器响应特性研究    刘夏

超低排放双阶段燃烧可行性研究    李庆华

12V240型柴油机工作过程与米勒循环的模拟计算    朱琳

关角隧道运营通风防灾技术研究    曹正卯

若干燃烧控制参数对重型柴油机燃烧过程影响的试验研究    陈永贤

基于高压共轨柴油机的电控系统开发与实验研究    苏庆鹏

使用PLIEF技术定量研究重型柴油机高负荷类似条件下多组份燃油的喷雾结构和特性    谢腾飞

我国汽车工业发展模式的能源清单    朱华,胡斌祥

紊流型燃烧室的研究和发展——柴油机混合气形成过程与燃烧研究    小宫山邦彦 ,房金生

电控柴油喷射用高速强力电磁阀的结构设计与功率驱动    卢启龙,欧阳明高

微粒捕集器再生技术的研究动态和发展趋势    谭丕强,胡志远,楼狄明,万钢

满足欧Ⅴ排放标准的轿车主流动力    孙剑萍;汤兆平;

柴油机微粒捕集器再生系统工作模式判别研究    资新运;王琛;姚广涛;李新;李幸丹;

主开关管的散热保护与散热器的选择方法    杨岳峰,张奕黄

峰值电流控制模式中斜坡补偿电路的设计    杨汝

平均电流模式的控制电路设计    杨汝

中国石油进口海运路径安全的思考    马桂瑛;

基于CFD的柴油机喷雾混合过程的多维数值模拟    文华

基于多脉冲复合喷射控制的柴油HCCI燃烧过程的研究    林铁坚

战略矿产资源供应安全研究    牛建英

柴油机实行复合燃烧的试验研究    杜德兴

单火孔预混鼓风式煤气燃烧器喷头的设计原理    于赟,许振明,李建国

当量比和初始混合模式对无焰燃烧的影响    李鹏飞;王飞飞;米建春;梅振锋;

计算机控制发动机喷油量的分析    张豫南,高玉峰,薛传庚,王复兴,李匡成

关于ZS15S15型轴针节流式喷雾器的喷油量问题    周德蓀,鲍延年

基于人工神经网络的柴油机喷油量检测研究    刘建敏,乔新勇,张小明

比喷油量g_(CV)的物理意义及其应用    刘传忠

高压共轨喷油器喷油量均匀性研究    王军,张幽彤,赵立,李永祥

温度对测量离心式喷油器喷油量的影响及其修正    吴德泉;

柴油机燃油喷油量的试验计算方法研究    刘建敏,骆清国,尹胜波,段初华

喷油催化燃烧再生的DPF提温特性研究    侯献军;马义;彭辅明;颜伏伍;

润滑方式对齿轮本体温升的影响    吴晓铃;汤锋;戚文正;

制约预混辅料发展的法规难题及解决思路    尹正龙;周卫东;

制约预混辅料发展的法规难题及解决思路    尹正龙;周卫东;

预混式气力喷雾系统气液混合二相流流场的研究    张瑞宏;管荣根;朱顺华;储方雄;

预混式二次燃烧系统的节能减排效果    李萍;曾令可;程小苏;王慧;邓毅坚;麦振华;李永福;

浅谈电子燃油喷射控制的原理    姬园;韩静;

共轨喷射系统喷孔参数对柴油机性能影响的模拟预估    董尧清;朱朋;顾萌君;纪丽伟;

预喷对柴油机性能及排放影响的试验研究    阎智慧;顾善愚;

通用型长明燃气燃烧器的设计及应用    陈峰;丛培振;吴弘;周选民;吴孝强;

宝马740轿车加油不畅排黑烟    陈伯康

预混辅料发展难题及解决思路    任职于安徽山河药用辅料有限公司 尹正龙　周卫东

复合预混饲料好 识别优劣有四招    张建胜

预混辅料面面观    崔强

预混辅料优势凸显    崔强

预混辅料生产使用需要法规支持    左文坚　王晓兰

包衣预混辅料受市场青睐    王华锋

每天要测3次血糖    健康时报记者 魏雅宁

维修擂台第二阶段击鼓开擂    擂台主持人 杨 扬

新一代糖尿病治疗药物    高妍

微粒捕集器喷油助燃再生过程热工参数建模及控制系统研究    伏军

柴油机分层预混压燃燃烧及多阶段高效清洁燃烧过程研究    于洋

缸内直喷汽油机应用起动—停止技术的研究    韩立伟

基于喷油助燃再生的柴油车颗粒物后处理技术研究    李新

混合动力汽车汽油机起动工况瞬态燃烧和排放特性研究    于水

摩托车汽油机进气道附壁油膜研究    马宗正

喷油规律对柴油机性能与排放的影响研究    石秀勇

重力对稀燃弱湍流预混V形火焰的影响    王岳

多脉冲喷油模式的调制及其对柴油HCCI燃烧过程影响的研究    王辉

小排量汽油机燃油喷射控制系统及其优化技术研究    谭德荣

超低排放双阶段燃烧可行性研究    李庆华

电控单体泵喷油系统全工况循环喷油量波动的量化分析    田丙奇

丁醇柴油复合喷油燃烧的试验研究    邱赞卿

电控单体集成泵执行器设计与仿真    谷兴海

RT-FLEX60C共轨燃油系统喷油性能仿真研究    王程勇

高功率密度OPOC柴油机喷雾—燃烧过程与喷油策略研究    刘军萍

基于喷油策略的缸内直喷汽油机分层燃烧仿真研究    鲍龙

柴油机预混甲醇燃烧的试验及理论模拟    张鹏

汽车燃油喷射系统电子控制器软件研究    李志刚

发动机燃油喷射电子控制单元硬件设计    李云鹏