摻燒不同比例二甲醚對柴油機燃燒和排放特性的影響
發(fā)布時間：2021-03-24 03:14
為研究不同比例的二甲醚/柴油混合燃料的燃燒性能與排放特性,以4190ZLC-2型船用中速柴油機為原型機,運用AVLFIRE仿真軟件構(gòu)建燃燒室高壓循環(huán)模型,將仿真數(shù)據(jù)與臺架試驗的缸壓曲線進行對比,驗證模型的準確性。研究結(jié)果表明:經(jīng)過雙噴油孔的二甲醚（DME）進入缸內(nèi)后,呈現(xiàn)明顯的燃燒階段DME低溫燃燒和柴油擴散燃燒;隨著DME摻燒比例的增大,缸內(nèi)壓力和溫度峰值有增大趨勢,對應(yīng)的相位有所提前;在100%負荷工況下,NOX排放最終呈現(xiàn)先減小后增大的規(guī)律,而CO和碳煙排放呈現(xiàn)顯著降低趨勢。在反應(yīng)過程中,摻燒DME縮短了滯燃期和燃燒持續(xù)時期,混合質(zhì)量較柴油好,DME與柴油混合后有良好的霧化特性,可為后期的DME研究提供參考。
【文章來源】：船舶工程. 2020,42(10)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
1/8燃燒室三維網(wǎng)格模型
在額定工況下建立雙噴油孔的模型，在其他條件不改變的情況下設(shè)置二甲醚（DME）的比例為0，對比全負荷工況下模型仿真柴油機的缸壓曲線與原機臺架實測的缸壓曲線。之后不斷調(diào)整相關(guān)參數(shù)，直至二者誤差在5%以內(nèi)，如圖2所示，結(jié)果顯示可用于仿真模擬研究。本文研究的是濟南柴油機廠生產(chǎn)的4190ZLC-2型船用四沖程中速柴油機（帶廢氣渦輪增壓，具體參數(shù)見表1），將其改造成二甲醚-柴油雙燃料發(fā)動機，在保留原機電控高壓燃油噴射系統(tǒng)不變的基礎(chǔ)上，二甲醚進氣方式采用雙噴油嘴混合進氣。研究工況為額定工況100%負荷。DME的摻混比例為0%、10%、20%、30%、40%。DME的摻混比R是指在相同工況、輸出功率下，部分柴油等熱值替換成二甲醚后，二甲醚燃燒放出的熱量與柴油和二甲醚總熱量的比值，即：
圖3為不同DME摻混比雙燃料發(fā)動機的缸內(nèi)壓力曲線。由圖3可知，隨著DME摻混比的增大，缸內(nèi)的最高爆發(fā)壓力有所升高，壓力峰值所對應(yīng)的相位也有所提前，即：從純油的額定工況下的10.6 MPa增大到40%摻混比下的11.2 MPa，約增加5.67%，其中的上止點后727.5°CA前移至上止點后724.7°CA，在706°CA后開始摻混DME的雙燃料明顯提前發(fā)生了燃燒。DME具有較高的十六烷值55CN～60CN，因此DME與柴油混合的霧化效果較好，導(dǎo)致發(fā)生HCCI燃燒[14]（均質(zhì)壓燃燃燒），提高了缸內(nèi)的壓力和溫度，使柴油機滯燃期縮短，壓力的峰值提前。由于HCCI燃燒的影響，在壓縮階段有一部分熱量釋放，且隨二甲醚摻混的增加，使得缸內(nèi)的最高爆發(fā)壓力逐漸提高。隨著DME摻混比不斷增加，缸內(nèi)燃燒提前，最高爆發(fā)壓力所對應(yīng)的相位也提前。但相對于傳統(tǒng)的純柴油壓燃式發(fā)動機，二甲醚-柴油雙燃料發(fā)動機在最高爆發(fā)壓力處的變化較為平緩，持續(xù)時間較長，在允許的壓力范圍內(nèi)提高了發(fā)動機的熱效率。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]LPG摻混比對DME-柴油預(yù)混壓燃發(fā)動機性能影響的試驗研究[J]. 趙玉偉,牛天林,程培源,汪映. 車用發(fā)動機. 2018(06)
[2]柴油機燃用二甲醚-柴油混合燃料燃燒特性的試驗研究[J]. 李維,王孔波,王有名,南旭. 徐州工程學院學報(自然科學版). 2018(01)
[3]高速柴油機燃燒放熱規(guī)律的建模與仿真[J]. 李潔月,秦彥斌,郭稚薇. 廣東化工. 2018(05)
[4]柴油添加劑聚甲氧基二甲醚的合成研究現(xiàn)狀[J]. 潘悅,蘇蕾,雒康,晁偉輝,周林,陳立宇. 石油化工. 2017(04)
[5]甲醇制二甲醚固體酸催化劑的研究進展[J]. 欒海濤,張海燕,畢立娜,于水仙,宋士水. 煉油與化工. 2016(01)
[6]輕卡發(fā)動機燃用柴油/DME雙燃料的改裝與試驗研究[J]. 方曉勤,游伏兵,韓丹. 武漢理工大學學報. 2012(08)
[7]車用燃料發(fā)展和研究現(xiàn)狀及其未來展望[J]. 姚春德,許漢君. 汽車安全與節(jié)能學報. 2011(02)
博士論文
[1]醇醚雙燃料壓燃發(fā)動機的燃燒機理與排放特性研究[D]. 閆妍.華中科技大學 2011
碩士論文
[1]DME-PRF化學反應(yīng)動力學簡化機理的研究與應(yīng)用[D]. 李秀蘭.天津大學 2017
[2]DME/柴油混合燃料供給系統(tǒng)試驗設(shè)計與研究[D]. 楊敬堡.武漢理工大學 2016
[3]國Ⅴ標準電控共軌二甲醚發(fā)動機燃燒與排放控制策略研究[D]. 楊武林.上海交通大學 2016
[4]電控共軌二甲醚發(fā)動機試驗研究[D]. 劉宇.山東大學 2015
本文編號：3096949
【文章來源】：船舶工程. 2020,42(10)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
1/8燃燒室三維網(wǎng)格模型
在額定工況下建立雙噴油孔的模型，在其他條件不改變的情況下設(shè)置二甲醚（DME）的比例為0，對比全負荷工況下模型仿真柴油機的缸壓曲線與原機臺架實測的缸壓曲線。之后不斷調(diào)整相關(guān)參數(shù)，直至二者誤差在5%以內(nèi)，如圖2所示，結(jié)果顯示可用于仿真模擬研究。本文研究的是濟南柴油機廠生產(chǎn)的4190ZLC-2型船用四沖程中速柴油機（帶廢氣渦輪增壓，具體參數(shù)見表1），將其改造成二甲醚-柴油雙燃料發(fā)動機，在保留原機電控高壓燃油噴射系統(tǒng)不變的基礎(chǔ)上，二甲醚進氣方式采用雙噴油嘴混合進氣。研究工況為額定工況100%負荷。DME的摻混比例為0%、10%、20%、30%、40%。DME的摻混比R是指在相同工況、輸出功率下，部分柴油等熱值替換成二甲醚后，二甲醚燃燒放出的熱量與柴油和二甲醚總熱量的比值，即：
圖3為不同DME摻混比雙燃料發(fā)動機的缸內(nèi)壓力曲線。由圖3可知，隨著DME摻混比的增大，缸內(nèi)的最高爆發(fā)壓力有所升高，壓力峰值所對應(yīng)的相位也有所提前，即：從純油的額定工況下的10.6 MPa增大到40%摻混比下的11.2 MPa，約增加5.67%，其中的上止點后727.5°CA前移至上止點后724.7°CA，在706°CA后開始摻混DME的雙燃料明顯提前發(fā)生了燃燒。DME具有較高的十六烷值55CN～60CN，因此DME與柴油混合的霧化效果較好，導(dǎo)致發(fā)生HCCI燃燒[14]（均質(zhì)壓燃燃燒），提高了缸內(nèi)的壓力和溫度，使柴油機滯燃期縮短，壓力的峰值提前。由于HCCI燃燒的影響，在壓縮階段有一部分熱量釋放，且隨二甲醚摻混的增加，使得缸內(nèi)的最高爆發(fā)壓力逐漸提高。隨著DME摻混比不斷增加，缸內(nèi)燃燒提前，最高爆發(fā)壓力所對應(yīng)的相位也提前。但相對于傳統(tǒng)的純柴油壓燃式發(fā)動機，二甲醚-柴油雙燃料發(fā)動機在最高爆發(fā)壓力處的變化較為平緩，持續(xù)時間較長，在允許的壓力范圍內(nèi)提高了發(fā)動機的熱效率。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]LPG摻混比對DME-柴油預(yù)混壓燃發(fā)動機性能影響的試驗研究[J]. 趙玉偉,牛天林,程培源,汪映. 車用發(fā)動機. 2018(06)
[2]柴油機燃用二甲醚-柴油混合燃料燃燒特性的試驗研究[J]. 李維,王孔波,王有名,南旭. 徐州工程學院學報(自然科學版). 2018(01)
[3]高速柴油機燃燒放熱規(guī)律的建模與仿真[J]. 李潔月,秦彥斌,郭稚薇. 廣東化工. 2018(05)
[4]柴油添加劑聚甲氧基二甲醚的合成研究現(xiàn)狀[J]. 潘悅,蘇蕾,雒康,晁偉輝,周林,陳立宇. 石油化工. 2017(04)
[5]甲醇制二甲醚固體酸催化劑的研究進展[J]. 欒海濤,張海燕,畢立娜,于水仙,宋士水. 煉油與化工. 2016(01)
[6]輕卡發(fā)動機燃用柴油/DME雙燃料的改裝與試驗研究[J]. 方曉勤,游伏兵,韓丹. 武漢理工大學學報. 2012(08)
[7]車用燃料發(fā)展和研究現(xiàn)狀及其未來展望[J]. 姚春德,許漢君. 汽車安全與節(jié)能學報. 2011(02)
博士論文
[1]醇醚雙燃料壓燃發(fā)動機的燃燒機理與排放特性研究[D]. 閆妍.華中科技大學 2011
碩士論文
[1]DME-PRF化學反應(yīng)動力學簡化機理的研究與應(yīng)用[D]. 李秀蘭.天津大學 2017
[2]DME/柴油混合燃料供給系統(tǒng)試驗設(shè)計與研究[D]. 楊敬堡.武漢理工大學 2016
[3]國Ⅴ標準電控共軌二甲醚發(fā)動機燃燒與排放控制策略研究[D]. 楊武林.上海交通大學 2016
[4]電控共軌二甲醚發(fā)動機試驗研究[D]. 劉宇.山東大學 2015
本文編號：3096949
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