【摘要】：液氧固碳閉式循環(huán)柴油機(jī)的循環(huán)系統(tǒng)完全封閉,不會(huì)與外界發(fā)生氣體交換,不會(huì)有廢氣排出,避免了對(duì)于在空氣不流通的封閉環(huán)境下使用柴油機(jī)的作業(yè)人員的傷害。但其相關(guān)的基礎(chǔ)理論研究仍有欠缺,尤其是柴油著火和燃燒方面的問題,是發(fā)展新型柴油機(jī)燃燒方式的關(guān)鍵所在,因此,研究其著火特性對(duì)于液氧固碳閉式循環(huán)柴油機(jī)的發(fā)展意義重大。為了研究液氧固碳閉式循環(huán)柴油機(jī)的著火特性,本文采用仿真和試驗(yàn)相結(jié)合的方式來展開研究。首先,由于著火延遲時(shí)間是柴油的重要著火特性,因此先對(duì)柴油的著火延遲時(shí)間計(jì)算公式進(jìn)行了理論推導(dǎo),接著建立了KIVA-CHEMKIN模擬平臺(tái)并耦合了簡(jiǎn)化機(jī)理,隨后應(yīng)用KIVA-CHEMKIN模擬平臺(tái)對(duì)柴油在空氣環(huán)境和O_2/CO_2環(huán)境下著火燃燒過程進(jìn)行了仿真。其次,搭建了定容燃燒彈可視化試驗(yàn)平臺(tái),對(duì)柴油在空氣環(huán)境和O_2/CO_2環(huán)境下的著火燃燒過程進(jìn)行了可視化試驗(yàn)研究。最后,對(duì)柴油仿真和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析,描述了柴油在空氣環(huán)境和O_2/CO_2環(huán)境下的著火過程;對(duì)比分析了柴油在空氣環(huán)境和O_2/CO_2環(huán)境下著火延遲時(shí)間的試驗(yàn)值和仿真值;對(duì)仿真得到的柴油著火火焰溫度云圖進(jìn)行分析;比較分析柴油在空氣環(huán)境和O_2/CO_2環(huán)境下火焰浮起長(zhǎng)度的變化。研究結(jié)果表明:柴油在O_2/CO_2環(huán)境下的著火延遲時(shí)間、火焰溫度云圖和火焰浮起長(zhǎng)度的仿真值與試驗(yàn)值基本吻合,初步證明本文建立的KIVA-CHEMKIN模型計(jì)算柴油在O_2/CO_2環(huán)境下著火的準(zhǔn)確性;與空氣環(huán)境相比,柴油在O_2/CO_2環(huán)境下的著火延遲時(shí)間變短;柴油在O_2/CO_2環(huán)境下的火焰浮起長(zhǎng)度明顯小于空氣環(huán)境中的。柴油在O_2/CO_2環(huán)境下的著火特性與常規(guī)空氣環(huán)境下的大不相同,本文的研究成果為進(jìn)一步研究液氧固碳閉式循環(huán)柴油機(jī)提供了重要的科學(xué)依據(jù)和理論支持。
【學(xué)位授予單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK421.24
【圖文】：

2- EGR 管，3-液氧固碳裝置，4-液氧罐，5-干燥劑，6-冷卻器，7-排氣管，8-進(jìn)氣管圖 1-1 液氧固碳閉式循環(huán)燃燒系統(tǒng)原理圖Fig.1-1 Schematic diagram of closed cycle combustion system using liquid oxygen to solidify carbon關(guān)于液氧固碳閉式循環(huán)燃燒系統(tǒng)，本課題組前期已經(jīng)進(jìn)行了一些基礎(chǔ)研究。弋理[2利用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）軟件 KIVA-3V 模擬了內(nèi)燃機(jī)的富氧燃燒，通過理論計(jì)算析發(fā)現(xiàn)富氧燃燒的最佳噴油持續(xù)期為 3.3°曲軸轉(zhuǎn)角，隨后進(jìn)行了內(nèi)燃機(jī)尾氣固化試驗(yàn)其試驗(yàn)結(jié)果證明了用液氧固化柴油機(jī)尾氣中 CO2成干冰的可行性。隨后賈曉社等[29]通仿真與試驗(yàn)相結(jié)合的方法來驗(yàn)證液氧固碳閉式循環(huán)燃燒系統(tǒng)的可行性，并研究了 EG率（大于 8%）對(duì)內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)的燃燒壓力、溫度和 CO2含量的影響，得到了最優(yōu)的 EG率為 40%。石焱[30]同樣采用仿真與試驗(yàn)相結(jié)合的方法研究了液氧固碳閉式循環(huán)柴油缸內(nèi)背景氣體的密度對(duì)柴油著火的影響，其研究發(fā)現(xiàn)背景氣體密度的改變不會(huì)影響柴液相噴霧的液相錐角，但是對(duì)柴油液相噴霧的貫穿距離卻有很大的影響。與此同時(shí)，他一些研究者也進(jìn)行了相關(guān)的研究。左承基等[31-33]對(duì)柴油在 O2/CO2環(huán)境下的燃燒進(jìn)了仿真和光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)研究，分析了燃燒規(guī)律和排放特性，他們發(fā)現(xiàn)柴油在 O2/CO環(huán)境下的燃燒速率較空氣環(huán)境而言提升了將近 37.6%。Tan 等[34]為了實(shí)現(xiàn)柴油無氮燃進(jìn)行了柴油機(jī)試驗(yàn)，用 CO2代替部分 N2參與進(jìn)氣來優(yōu)化和降低排放，分析了不同濃

1.3 工作路線為了研究液氧固碳閉式循環(huán)柴油機(jī)的著火特性，本文采用仿真和試驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行研究。本文工作路線如圖 1-2 所示，第一部分是仿真部分，由于著火延遲時(shí)間是柴油的重要著火特性，因此在這部分首先對(duì)柴油的著火延遲時(shí)間計(jì)算公式進(jìn)行了推導(dǎo)，然后介紹了 KIVA-3V 軟件的理論基礎(chǔ)并建立了 KIVA-CHEMKIN 模擬平臺(tái)，最后應(yīng)用耦合了簡(jiǎn)化機(jī)理的 KIVA-CHEMKIN 模擬平臺(tái)分別對(duì)柴油在五個(gè)工況下的著火燃燒過程進(jìn)行了仿真，按照進(jìn)氣成分的不同這五個(gè)工況分別為，工況一進(jìn)氣成分為空氣（ 78%N2/21%O2）， 工 況 二 進(jìn) 氣 成 分 為 53%O2/47%CO2， 工 況 三 進(jìn) 氣 成 分 為57%O2/43%CO2，工況四進(jìn)氣成分為 61%O2/39%CO2，工況五進(jìn)氣成分為 65%O2/35%CO2；第二部分是試驗(yàn)部分，首先介紹了定容燃燒彈可視化試驗(yàn)平臺(tái)的各個(gè)系統(tǒng)的組成和功能，然后設(shè)計(jì)了與仿真相對(duì)應(yīng)的五個(gè)工況的柴油著火試驗(yàn)方案，最后將每個(gè)工況分別在定容燃燒彈可視化試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行一次柴油著火試驗(yàn)；第三部分是數(shù)據(jù)分析部分，這部分主要通過仿真和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析來研究柴油的著火特性，主要包括四個(gè)方面，即柴油的著火過程、著火延遲時(shí)間、火焰溫度云圖和火焰浮起長(zhǎng)度；最后一部分是結(jié)論和展望，在這一部分首先對(duì)數(shù)據(jù)分析部分進(jìn)行總結(jié)得到結(jié)論，然后對(duì)后續(xù)的工作內(nèi)容進(jìn)行展望。

【參考文獻(xiàn)】

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1 楊富斌;董小瑞;王震;楊凱;張健;張紅光;;基于有機(jī)朗肯循環(huán)的車用柴油機(jī)排氣余熱回收系統(tǒng)性能分析[J];車用發(fā)動(dòng)機(jī);2015年01期

2 楊崢;王s

本文編號(hào)：2724661