【摘要】：壓燃式發(fā)動機(jī)具有良好的動力性和經(jīng)濟(jì)性,但NO_x和碳煙排放較高。通過燃用含氧燃料、優(yōu)化噴油參數(shù)、引入EGR分層等方法,并借助先進(jìn)的光學(xué)測試技術(shù),多角度深入研究影響發(fā)動機(jī)燃燒和排放過程的核心問題,對實現(xiàn)壓燃式發(fā)動機(jī)高效清潔燃燒具有重要意義。本文搭建了定容彈噴霧特性試驗平臺和光學(xué)發(fā)動機(jī)試驗平臺。借助高速攝像法綜合研究燃料特性、噴油參數(shù)以及EGR分層對壓燃式發(fā)動機(jī)噴霧特性、燃燒和碳煙排放過程的影響。主要研究內(nèi)容分為三部分:1)制取煤基F-T合成柴油及其分別摻混5%碳酸二甲酯(D05)、10%碳酸二甲酯(D10)和15%正丁醇(B15)共四種燃料,在定容彈試驗平臺上進(jìn)行燃料噴霧特性試驗研究,分析燃料特性對貫穿距離、噴霧錐角和噴霧面積等噴霧特性參數(shù)的影響。2)在光學(xué)發(fā)動機(jī)中試驗研究噴油參數(shù)及燃料特性對于燃燒與火焰發(fā)展歷程的影響規(guī)律。從特定燃燒時刻、不同曲軸轉(zhuǎn)角、火焰面積和紅色單通道火焰圖像四個角度分析不同條件下的燃燒過程。揭示燃料含氧量及含氧官能團(tuán)對燃燒特性的影響規(guī)律。3)利用雙色法對燃燒火焰圖像進(jìn)行數(shù)值解析計算研究燃料特性、EGR率和EGR分層方式對燃燒過程溫度場以及碳煙KL因子的影響,探究缸內(nèi)燃燒過程中燃料氧組分和環(huán)境氧組分對燃燒及排放的復(fù)合協(xié)同作用機(jī)理。主要研究結(jié)論如下:1)定容彈噴霧特性試驗結(jié)果表明,貫穿距離、近場錐角、遠(yuǎn)場錐角和噴霧面積均隨噴油壓力的增大而增大,適當(dāng)提高噴油壓力能夠改善燃料霧化混合過程。F-T合成柴油中摻混含氧燃料DMC能夠改善燃料霧化效果;由于正丁醇黏度大,F-T合成柴油摻混15%正丁醇后,混合燃料霧化混合效果變差。2)噴油參數(shù)對火焰發(fā)展規(guī)律影響的試驗結(jié)果表明,隨著噴油壓力增大,亮點狀火焰減少,大面積的片狀火焰增多,燃燒迅速,但滯燃期變化不大;隨著噴油提前角的增加,著火滯燃期略有延長,著火點數(shù)量減少,火焰亮度降低,火焰面積幾乎不變;隨著噴油脈寬的增加滯燃期不變而燃燒持續(xù)期有所增加,著火點增多,火焰面積及火焰亮度增大,燃燒更加劇烈。3)不同燃料燃燒特性試驗研究結(jié)果表明,隨著DMC摻混比例的增加,燃料含氧量增加,燃燒滯燃期略有延長,速燃期燃燒加劇,后燃期燃燒平緩,燃燒壓力峰值降低,著火點數(shù)量增多且更均勻地分布于氣缸之中,R通道值降低,集中高亮火焰轉(zhuǎn)變?yōu)楦鶆虻牡蜏鼗鹧�。相同含氧量不同含氧官能團(tuán)的D05和B15含氧混合燃料燃燒過程的區(qū)別是B15后燃期燃燒過程更平緩,火焰面積較大且火焰亮度較暗。F-T合成柴油摻混含氧燃料后可以降低燃燒過程中碳煙生成量。4)EGR對不同燃料燃燒火焰發(fā)展歷程的雙色法研究結(jié)果表明,隨著DMC摻混比例的提高,燃料含氧量增加,缸內(nèi)燃燒溫度逐漸降低,火焰溫度梯度減小。燃燒過程中碳煙生成量隨DMC摻混比例增加而減少。摻混相同含氧量的正丁醇和DMC相比,B15燃料的碳煙生成量較低。隨著EGR率的增加,燃燒溫度逐漸降低。燃用含氧燃料后EGR的引入能夠在一定程度上降低燃燒溫度及NO_x排放,同時對碳煙排放影響不大。五種EGR分層方式下火焰溫度從高到低排序為均質(zhì)EGR螺旋導(dǎo)管分層螺旋分層切向?qū)Ч芊謱忧邢蚍謱�。五種分層形式的碳煙排放量的大小與溫度場的高低相吻合。5)含氧燃料和EGR分層的協(xié)同作用能夠同時降低NO_x和碳煙排放。燃用含氧燃料能夠降低燃燒過程碳煙生成量,采用螺旋進(jìn)氣道EGR分層方式形成中間濃四周稀的徑向分層有利于降低NO_x生成量同時對碳煙生成量影響較小。
【圖文】：

石燃料與可再生燃料的生產(chǎn)ch Diesel）是指煤通過F-T合有十六烷值高、直鏈烷烴含油機(jī)的NOx和碳煙排放。F-的主要優(yōu)點包括：分是直鏈烷烴及其同分異烷值和H/C比。，有利于排氣后處理裝置相比普通柴油低，可以改熱值等物理性質(zhì)與柴油相可以以任意比例互溶,這有

1.2.4 光學(xué)測試技術(shù)研究現(xiàn)狀早至上世紀(jì)七十年代初期開始，國內(nèi)外就逐漸將各類光學(xué)測試技術(shù)應(yīng)用于發(fā)動機(jī)工作過程中氣相、氣液兩相流等微觀場的試驗測試。如圖1.3所示，是內(nèi)燃機(jī)工作過程中能夠使用的各種光學(xué)測試技術(shù)的流程圖。圖1.3 內(nèi)燃機(jī)光學(xué)診斷方法1）攝影法攝影法根據(jù)所采用光源的不同可以分為高速攝影法、陰影法、米氏散射法、顯微攝影法和紋影法等。攝影法的優(yōu)點有測試步驟簡便，測試精度相對較高，測試結(jié)果便于分析等。Deng J.[54]利用高速攝影法研究了噴油壓力和環(huán)境壓力對生物柴油、柴油噴霧特性的影響。結(jié)果表明與柴油相比，，生物柴油的噴霧錐角較小，而生物柴油的貫穿距離較大。Pastor JV.[55]利用高速攝像法研究了 F-T 合成柴油和生物柴油的噴霧特性。結(jié)果表明 F-T 合成柴油的霧化效果明顯好于生物柴油�？梢姼咚贁z像法是一種應(yīng)用較為廣泛的發(fā)動機(jī)光學(xué)測試手段，高速攝像法的原理較為簡單，在此則不過多敘述。本文也將主要采用高速攝像法研究燃料特性、噴油參數(shù)對燃料噴霧特性、燃燒火焰發(fā)展過程的影響。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK401

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2673353