【摘要】：受到愈漸嚴(yán)格的排放法規(guī)的影響,LNG-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)得到了越來越多的重視。近年來關(guān)于LNG-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)和模擬研究都已有不少,但LNG-柴油混合燃料化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)理的不足,制約了LNG-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)模擬研究的發(fā)展。LNG和柴油都是非常復(fù)雜的混合物,無法直接構(gòu)建LNG-柴油混合燃料化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)理。因此,本文通過構(gòu)建替代物的方式研究其機(jī)理。首先根據(jù)真實(shí)LNG組分含量,構(gòu)建了甲烷/乙烷/丙烷三組分LNG替代物模型;接著選取能代表柴油四種組分的四種物質(zhì)并耦合真實(shí)柴油的H/C比、十六烷值和低熱值,構(gòu)建了正十二烷/異辛烷/環(huán)己烷/甲苯四組分柴油替代物模型;最后將兩者組合,構(gòu)建了一個(gè)甲烷/乙烷/丙烷/正十二烷/異辛烷/環(huán)己烷/甲苯七組分LNG-柴油替代物模型。本文利用DRGEP法提取USCⅡ機(jī)理中的丙烷氧化機(jī)理,并將其添加到TJ機(jī)理中,該機(jī)理中包含了甲烷、乙烷、丙烷、正十二烷、異辛烷、環(huán)己烷和甲苯的子機(jī)理,文中記為WUT機(jī)理。本文利用單組分的著火延遲時(shí)間和重要組分濃度對(duì)該機(jī)理進(jìn)行驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)該機(jī)理能較好預(yù)測(cè)各組分的著火延遲時(shí)間及其燃燒過程中的重要組分濃度變化。在CONVERGE軟件中將該機(jī)理耦合CFD,構(gòu)建了一個(gè)LNG-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)綜合燃燒計(jì)算模型,并用Z6170雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)該模型進(jìn)行驗(yàn)證。發(fā)現(xiàn)該模型能較好預(yù)測(cè)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)壓力的變化,同時(shí)也能較好預(yù)測(cè)NO_x排放,因此認(rèn)為該模型是可靠的,同時(shí)也說明了本文構(gòu)建的WUT機(jī)理能較好預(yù)測(cè)混合物缸內(nèi)燃燒過程。利用該雙燃料綜合燃燒計(jì)算模型開展了LNG-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)模擬研究,探究了柴油組分對(duì)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特性和排放的影響。通過比較不同組分比例下雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的缸壓和放熱率,發(fā)現(xiàn)組分摩爾含量變化9%時(shí),組分變化對(duì)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特性影響不大。此外,通過提出敏感度S這一參數(shù),比較了組分的變化對(duì)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)排放結(jié)果的影響。結(jié)果表明:在本文研究條件下,各物質(zhì)在不同替代率下的敏感度不盡相同,說明組分對(duì)于雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)排放的影響會(huì)隨著替代率的改變而變化。但是總的來說,甲苯對(duì)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)HC排放和CO排放的影響較大,正十二烷對(duì)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)NO_x排放的影響較大。綜上,在雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)模擬研究過程中,通過調(diào)節(jié)替代物組分比例,可以在保證模型對(duì)燃燒特性預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性的同時(shí),提高模型的排放預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK421
【圖文】：

（1）調(diào)研 LNG-柴油混合燃料物理化學(xué)性質(zhì)，初步選定構(gòu)建替代物的目標(biāo)參數(shù)及組分，據(jù)此構(gòu)建 LNG-柴油雙燃料替代物模型。（2）根據(jù)替代物組分，開展化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)理調(diào)研，收集相關(guān)組分燃料的化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)理，根據(jù)分層構(gòu)建法和半解耦法等機(jī)理構(gòu)建方法，構(gòu)建 LNG-柴油替代物化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)理。（3）使用 CHEMKIN 軟件開展 LNG-柴油替代物基礎(chǔ)燃燒模擬研究，得到燃料的重要基礎(chǔ)燃燒特性參數(shù)（著火延遲時(shí)間和重要組分濃度），并與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證所構(gòu)建的機(jī)理對(duì)替代物中各組分燃燒過程預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。若模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果一致性不好，說明構(gòu)建的化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)理不合理，則開展化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)理優(yōu)化工作，使模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果能較好吻合；若模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果一致性較好，則說明機(jī)理可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)替代物各組分燃燒過程。（4）在 CONVERGE 軟件中，用經(jīng)過基礎(chǔ)燃燒數(shù)據(jù)驗(yàn)證的化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)理耦合 CFD 構(gòu)建 LNG-柴油綜合燃燒計(jì)算模型，并開展 LNG-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)模擬，并將模擬結(jié)果與實(shí)際雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)比，若模擬結(jié)果與

雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)直噴過程中，燃料的變化包括和天然氣的混合過程。在 CONVERGE 軟件物理現(xiàn)象建模以實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料缸內(nèi)噴射及霧化 本文的破碎模型為KH-RT[54]破碎模型，如和 RT 模型，體現(xiàn)了 KH 表面波和 RT 擾動(dòng)過程。KH 破碎模型描述了噴嘴近端 A 區(qū)的但是噴嘴口處的燃油的黏度仍較大。超過破，通過 RT 模型與 KH 模型的相互作用來預(yù)測(cè)

驗(yàn)過程中所使用的實(shí)際燃料來確定。所用 LNG 中，甲烷、乙烷和丙烷的含量（摩爾比）分別為 32%。將這三種物質(zhì)的含量等比擴(kuò)大到和為 1 后，得到本文 LN含量比為：甲烷（CH4）97.97%、乙烷（C2H6）1.70%和丙烷替代物組分選擇及其比例的確定代物組分選擇一種復(fù)雜的混合物，其組分有成百上千種，主要包含直鏈烷烷烴和芳香烴這四類物質(zhì)，如圖 3-1 所示。在選擇柴油組分時(shí)分種類能涵蓋柴油的這四類組分。同時(shí)，考慮到計(jì)算機(jī)性能能性，選擇的組分?jǐn)?shù)量不宜過多。因此，本文選擇從這四類取一種物質(zhì)作為柴油替代物的組分，構(gòu)成一個(gè)柴油四組分替

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