【摘要】：缸內(nèi)直噴汽油機(jī)(GDI)以精確控制噴油時(shí)刻和噴油量,有利于改善汽油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)逐步取代了進(jìn)氣道噴射(PFI)技術(shù),成為了現(xiàn)在汽油機(jī)的主流技術(shù)。但GDI的顆粒物排放在數(shù)量和質(zhì)量上都大于PFI汽油機(jī),為了有效的降低顆粒物的排放水平,超臨界燃燒技術(shù)被提出。研究表明,超臨界流體具有黏度低、擴(kuò)散系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)。汽油燃料超臨界燃燒能有效的降低顆粒物排放水平,是實(shí)現(xiàn)高效、清潔燃燒的有效途徑之一。本文構(gòu)建了適用于超臨界條件下的汽油替代燃料化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)理,將所構(gòu)建的機(jī)理與CONVERGE軟件中的計(jì)算模型耦合,并且通過(guò)調(diào)整噴油策略的方式對(duì)比分析了汽油燃料超臨界燃燒與亞臨界燃燒的區(qū)別,為超臨界燃燒技術(shù)的研究提供參考。本文在本課題組構(gòu)建的汽油四元替代燃料化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,通過(guò)修改關(guān)鍵反應(yīng)的指前因子及關(guān)鍵反應(yīng)的添加,得到了一個(gè)適用于超臨界工況下的四元機(jī)理。該機(jī)理包含113個(gè)組分以及201個(gè)反應(yīng),關(guān)鍵反應(yīng)是通過(guò)對(duì)機(jī)理進(jìn)行反應(yīng)路徑分析以及溫度敏感性分析而得到。采用超臨界條件下汽油四元替代燃料、不同比例的三元替代燃料(Surrogate A、Surrogate B)以及單一組分(異辛烷、正庚烷、甲苯)燃料的著火延遲數(shù)據(jù)對(duì)本文機(jī)理進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合,該機(jī)理能有效的預(yù)測(cè)各組分著火延遲時(shí)間隨缸內(nèi)壓力、溫度的變化。接著依據(jù)某GDI發(fā)動(dòng)機(jī)幾何模型分別建立了網(wǎng)格尺寸為4mm,2mm,1mm的計(jì)算模型,對(duì)氣缸中速度梯度以及溫度梯度較大的位置采用了自適應(yīng)加密技術(shù)。從缸內(nèi)平均壓力以及缸內(nèi)平均溫度兩方面進(jìn)行了網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證,確定了后續(xù)計(jì)算尺寸為2mm。此外通過(guò)缸內(nèi)壓力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了本文所選模型的有效性。然后將三維計(jì)算模型與適用于超臨界汽油燃料燃燒的化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型耦合對(duì)直噴汽油機(jī)超臨界燃燒特性展開(kāi)了研究,為了進(jìn)一步說(shuō)明超臨界與亞臨界燃燒的區(qū)別,筆者還通過(guò)更改噴油策略的方式模擬了直噴汽油機(jī)亞臨界噴射、燃燒過(guò)程。結(jié)果表明:超臨界汽油燃料與空氣混合較好,燃燒更加充分,其累積放熱量、缸內(nèi)的溫度及壓力峰值均高于亞臨界燃燒。此外,超臨界燃燒能顯著的降低尾氣中的碳煙以及CO排放量。相對(duì)亞臨界來(lái)說(shuō),碳煙排放量減少了87%;CO排放量減少了86%。但是超臨界燃燒更加充分,缸內(nèi)局部溫度較高,導(dǎo)致NO_X排放量也相應(yīng)增大。最后,為了探究不同的初始條件對(duì)于超臨界燃燒的影響,筆者對(duì)比了不同進(jìn)氣溫度以及進(jìn)氣壓力條件下缸內(nèi)的燃燒及排放特性。結(jié)果表明:進(jìn)氣壓力增大,燃燒后的平均壓力升高、平均溫度降低;缸內(nèi)的碳煙排放量增大;NOx以及CO的排放出現(xiàn)一個(gè)先增大后減小的趨勢(shì)。進(jìn)氣溫度增大,燃燒后缸內(nèi)平均溫度增大,壓力峰值無(wú)明顯的變化;碳煙以及CO的排放量降低,但是NOx的排放增大。
【圖文】：

）的流體 圖1.1 純物質(zhì)的P-T相圖[13]Fig. 1.1 P-T phase diagram of pure substance在給出超臨界燃燒的定義前，首先需要討論超臨界噴射的概念 定義燃油噴射壓力及溫度分別為 Pinj Tinj，環(huán)境壓力及溫度分別為 Penv Tenv 國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對(duì)超臨界噴射進(jìn)行了一定的研究，根據(jù)流體及環(huán)境條件所達(dá)到的狀態(tài)將超臨界噴射過(guò)程分為如圖 1.2 中所示的四種情況[15]，，分別為： 超臨界流體噴射到溫度 壓力均高于流體臨界點(diǎn)的環(huán)境中，即Pinj>Pc Tinj>Tc

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文力低于臨界壓力的流體噴射到溫度 壓力<Pc Tinj>Tc Penv>Pc Tenv>Tc 力高于臨界壓力的流體噴射到溫度 壓力>Pc Tinj<Tc Penv>Pc Tenv>Tc 溫度或者壓力低于噴射流體臨界點(diǎn)的環(huán)境Tenv<Tc或Pinj>Pc Tinj>Tc Penv<Pc Tenv
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TK421

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2707520