本文關(guān)鍵詞：超臨界汽油燃料物性及其噴射特性數(shù)值模擬研究

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【摘要】：為了探索內(nèi)燃機高效清潔燃燒過程,一些新型的內(nèi)燃機燃燒方式如均質(zhì)壓燃,分層壓燃,低溫燃燒等越來越受到人們的關(guān)注。這些新型燃燒方式的應(yīng)用使得缸內(nèi)的平均溫度和平均壓力大幅提高,接近甚至超過燃料的臨界點。因此對內(nèi)燃機超臨界/跨臨界燃燒的研究已經(jīng)成為內(nèi)燃機領(lǐng)域一個不可回避的課題。對當(dāng)前直噴汽油機而言,將汽油燃料以超臨界態(tài)的形式噴射到氣缸燃燒有潛力突破壓縮比帶來的熱效率極限,同時大幅降低微粒排放,實現(xiàn)清潔燃燒。超臨界流體兼具氣體低黏度、高擴散系數(shù)和液體高密度的特征,而且混合不經(jīng)歷液滴破碎蒸發(fā)過程。這些因素極大促進了燃油與空氣的混合,減少了缸內(nèi)混合氣過濃區(qū)域,從而大幅降低微粒的排放。超臨界流體物理屬性的特殊性是造成超臨界噴射不同于亞臨界噴射的根本原因,因而對超臨界汽油噴射燃燒的研究離不開可靠的物性參數(shù)。本文首先進行了汽油燃料在超臨界和亞臨界條件下的密度、動力黏度和定壓比熱測試,測試溫度范圍為300K到640K,壓力為4、5和6MPa。測試結(jié)果顯示各物性參數(shù)在近臨界區(qū)波動非常劇烈,而在亞臨界區(qū)和超臨界區(qū)則變化相對平緩。而且壓力越大,物性參數(shù)變化越平緩。然后根據(jù)所測試的物性參數(shù)在較大溫度范圍內(nèi)評估了12種汽油替代混合物在預(yù)測汽油燃料的臨界溫度、臨界壓力、密度、動力黏度、定壓比熱和導(dǎo)熱系數(shù)方面的能力。評估結(jié)果顯示與汽油臨界參數(shù)最接近的替代混合物是Sur(Surrogate)8;預(yù)測汽油密度、動力黏度、定壓比熱和導(dǎo)熱系數(shù)準確性最高的替代混合物依次是Sur8、Sur10、Sur2和Sur10,綜合平均絕對偏差最小的是Sur10和Sur2。汽油物理替代混合物的研究極大拓寬了研究的溫度和壓力范圍,為超臨界噴射燃燒的數(shù)值模擬研究奠定了基礎(chǔ)。本文基于FLUENT軟件建立了超臨界噴射的二維數(shù)值計算模型。通過模擬超臨界航空燃料Jet A噴射入超臨界氮氣的噴射過程并將模擬得出的噴射貫穿距和擴張角與實驗值對比驗證計算模型的可靠性。然后利用該數(shù)值模型,結(jié)合超臨界汽油燃料物性參數(shù)計算方法,進行了超臨界汽油噴射入超臨界氮氣工況的數(shù)值模擬研究。重點研究了燃油噴射條件(燃油溫度和燃油雷諾數(shù))和噴射環(huán)境(氮氣溫度和環(huán)境壓力)對超臨界汽油噴射特征的影響。結(jié)果顯示燃油溫度上升時,噴射貫穿距縮短,而擴張角則基本無變化。通過增大燃油進口流量和降低燃油溫度兩種方式實現(xiàn)的燃油雷諾數(shù)增大,都增大了噴射貫穿距,而對噴射擴張角基本無影響。隨著環(huán)境氮氣溫度上升,噴射貫穿距減小,而張角增大;環(huán)境壓力增大時,噴射貫穿距減小,噴射擴張角也減小。對比了超臨界汽油噴射與變密度氣體噴射的異同。對比結(jié)果顯示利用變密度氣體經(jīng)驗公式計算得到的軸線密度分布和超臨界汽油噴射模擬結(jié)果非常吻合,可以利用該經(jīng)驗公式預(yù)測超臨界汽油噴射軸線密度分布。經(jīng)驗公式計算的軸線質(zhì)量分數(shù)分布與模擬結(jié)果僅僅在距離噴口較近時吻合,經(jīng)驗公式計算出的擴張角與模擬結(jié)果相差很大。因此不能應(yīng)用變密度氣體經(jīng)驗公式預(yù)測超臨界汽油噴射的軸線質(zhì)量分數(shù)分布和擴張角。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK411.2

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本文編號：1162389