【摘要】：天然氣具有儲量豐富及燃燒排放污染少等特點,為改善我國能源結構和治理大氣污染具有重要意義,柴油/天然氣雙燃料發(fā)動機為天然氣利用的一種形式。柴油/天然氣發(fā)動機在小負荷時存在碳氫排放高、熱效率低等問題,通過改變噴油壓力、噴油時刻、空燃比、天然氣能量替代率等措施可有效降低碳氫排放,提高發(fā)動機熱效率,其中改變噴油時刻及噴油壓力影響著火前柴油在缸內(nèi)分布及霧化蒸發(fā)效果,噴油器噴嘴設計參數(shù)也將直接影響缸內(nèi)柴油分布及霧化蒸發(fā),本文利用數(shù)值模擬平臺研究高天然氣替代率、小負荷低轉速條件下,不同噴油時刻、壓力及改變噴嘴設計參數(shù)對雙燃料發(fā)動機性能影響的規(guī)律,改變噴嘴設計參數(shù)包括改變噴孔錐角、孔徑及孔數(shù)。研究表明,在一定范圍內(nèi)提前噴油則缸壓峰值提升,放熱率形狀由雙峰變?yōu)閱畏?燃燒末期未燃天然氣減少,著火前柴油在缸內(nèi)由團狀分布變?yōu)榄h(huán)狀分布且逐漸遠離氣缸軸線。大幅提前噴油條件下,適當提高噴油壓力,柴油著火前在缸內(nèi)由團狀分布變?yōu)榄h(huán)狀分布,且柴油貫穿距離增加,放熱率峰值升高,燃燒速率加快,缸壓峰值上升;噴油壓力過高,則一部分柴油落至活塞頂部,燃燒始點及重心后移,最大缸壓下降。不同噴油壓力下改變噴孔錐角、孔徑及孔數(shù),有以下結論:(1)對比四組不同的兩層噴孔錐角,40MPa噴油壓力下,放熱率均為單峰結構,原噴油器152°及160°噴孔錐角的缸壓峰值較高,CA50靠前,燃燒持續(xù)期短。70MPa噴油壓力下,隨噴孔錐角的減小放熱率由單峰變?yōu)殡p峰,僅120°噴孔錐角的缸壓峰值較低,其他三組缸壓峰值較高且相差較小,160°及152°噴孔錐角的CA50靠前,燃燒持續(xù)期短,天然氣燃燒速率快。100MPa噴油壓力下,放熱率均為單峰結構,120°噴孔錐角的缸壓峰值最高,CA50靠前且燃燒持續(xù)期短。40及70MPa噴油壓力下應選用較大噴孔錐角如152°及160°,100MPa噴油壓力下應選用較小噴孔錐角如120°。(2)三組噴油壓力下:對比四組不同的下層噴孔錐角,放熱率為單峰結構,缸壓峰值、CA50及燃燒持續(xù)期相差極小;對比三組不同的噴孔孔徑,放熱率均為單峰結構,CA50相差較小,小噴孔孔徑的缸壓峰值較高,燃燒持續(xù)期較短。三組噴油壓力下僅改變下層噴孔錐角對發(fā)動機燃燒無明顯影響,選用小噴孔孔徑如0.127mm的燃燒效果較好。(3)40及70MPa噴油壓力下,對比三組不同噴孔孔數(shù),8孔及10孔的放熱率呈單峰結構,缸壓峰值較高且CA50靠前,而16孔的放熱率呈雙峰結構。100MPa噴油壓力下,三組不同孔數(shù)的放熱率均為單峰結構,且缸壓峰值相差較小,其中8孔的缸壓峰值最高,CA50靠前,燃燒持續(xù)期最長。三組噴油壓力下8孔及10孔的燃燒效果較好,除100MPa噴油壓力外,增加較多噴孔孔數(shù)則天然氣燃燒速率減慢。(4)著火前大部分引燃柴油均勻分布于燃燒室凹坑與活塞頂交界處附近時,缸壓峰值較高,放熱率呈單峰結構,燃燒持續(xù)期較短且燃燒重心靠前,天然氣燃燒速率較快,燃燒效果較好。一方面缸內(nèi)柴油呈環(huán)狀均勻分布,油氣接觸面積大,柴油與天然氣燃燒重合區(qū)域廣闊,燃燒初期以柴油及天然氣燃燒所組成著火點數(shù)量多,另一方面缸內(nèi)凸起處氣流運動較強,燃燒前期此處火焰因氣流作用容易擴散至相鄰未燃區(qū)域,缸內(nèi)形成穩(wěn)定著火源后燃料燃燒速率快,高溫區(qū)迅速擴展。噴油參數(shù)及噴孔設計參數(shù)共同影響缸內(nèi)引燃柴油分布位置及霧化蒸發(fā),不同噴油參數(shù)確定不同噴孔設計參數(shù)最優(yōu)方案,噴孔設計參數(shù)選擇要與噴油策略相結合。
【圖文】：

需求增長與能源短缺、環(huán)境保護之間矛盾的重要措施。自 1973 年以來發(fā)生的數(shù)次石油危機，導致原油價格成倍上漲，直接影響工業(yè)化國家的經(jīng)濟增長。發(fā)生石油危機的最根本原因是世界石油資源的地區(qū)分布不平衡。從世界石油資源來看，2003 年底北美地區(qū)探明的石油儲量占世界總探明儲量的 17.2%，前蘇聯(lián)地區(qū)累計探明石油儲量占世界總探明儲量的 14.5%，中東地區(qū)探明的石油儲量占全球總探明儲量的 57.4%，南美及亞非等地區(qū)石油匱乏，世界石油地區(qū)消費量與石油資源存儲量存在著嚴重的失衡現(xiàn)象，如西歐、北美及亞太三個地區(qū)的石油消費卻占世界石油消費總量的近 80%，而石油探明儲量不超過世界總量的 22%[3]。根據(jù) 2017年發(fā)布的《國內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報告》，2016 年我國石油消費量達到 5.56 億噸，包括液化石油氣、成品油、原油等產(chǎn)品在內(nèi)的石油凈進口量對外依存度達到67.3%，如圖 1.2 所示，超過 2015 年的 60.6%，從 2000 年到 2016 年我國石油的對外依賴度逐年攀升，原油進口量連續(xù) 15 年上升，在 2016 年達到 3.810 億噸，增幅在 13.7%左右，進口總額達到 1153.083 億美元。預計 2020 年我國石油消費總量將會在 6 億噸左右，2030 年前后 80%的石油消耗量將依賴進口[4,5]，不利于我國能源安全。

第 1 章 緒論不僅影響市民的生活出行，還嚴重影響人們的身體健康。霧霾成因主要是廢棄物的排放，工業(yè)生產(chǎn)廢棄物的排放使粉塵及二氧化硫等顆粒物大大增加，而煤炭燃燒及汽車尾氣的排放顆粒物是其主要來源。汽車發(fā)動機用汽油及柴油在完全燃燒時不考慮微量雜質(zhì)將只產(chǎn)生水蒸氣和二氧化碳，實際燃料在發(fā)動機內(nèi)不可能完全燃燒，排放污染物主要有一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物、微粒 PM 等[6]，為限制因內(nèi)燃機車所造成的大氣污染，20 世紀 60 年代起世界各國相繼建立了汽車排放標準，主要有歐系、美系及日系三大排放標準，且排放法規(guī)一代比一代嚴格，表 1.1 為歐五及歐六排放標準（M 類），，我國汽車排放法規(guī)的建立相對較晚，80年代起開始著手內(nèi)燃機的排放控制工作，先后頒布的汽柴油車的排放法規(guī)，20世紀末開始逐步參考歐洲排放法規(guī)建立我國的排放法規(guī)，近些年北京及上海等地已開始實施的國六標準，將在 2020 年全國范圍內(nèi)實施。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK401

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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3 賈宏杰;穆云飛;余曉丹;;對我國綜合能源系統(tǒng)發(fā)展的思考[J];電力建設;2015年01期

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1 李偉峰;高稀釋—預混合天然氣發(fā)動機燃燒過程分析與優(yōu)化[D];吉林大學;2016年

相關碩士學位論文 前1條

1 汪佳麗;LNG缸內(nèi)液噴對混合氣形成影響的仿真研究[D];吉林大學;2011年

本文編號：2596294