隨著石化燃料不可再生引發(fā)的能源危機問題日益嚴重,柴油的替代燃料開發(fā)研究逐漸受到重視。生物柴油、乙醇作為含氧、可再生燃料,二者與柴油混合后可以做到理化性質(zhì)互補,能夠滿足柴油機燃燒的要求,因此生物柴油-乙醇-柴油(簡稱BED)混合燃料在柴油機上的應(yīng)用被廣泛研究。本文首先檢驗所配制的BED混合燃料的互溶性,并計算出理化性質(zhì),驗證了其作為柴油替代燃料的可行性。利用仿真模型分析了不同摻混比例BED混合燃料對柴油機性能的影響,進一步選擇B15E5D混合燃料作為研究對象,研究海拔變化對柴油機外特性,以及1800r/min部分負荷和瞬態(tài)工況的影響。最后通過富氧進氣對柴油機在高海拔工作時的動力性進行恢復,并進一步研究其對柴油機性能的影響。研究表明:(1)所研究的BED混合燃料在20℃時能完全互溶,各項理化性質(zhì)能滿足柴油機工作要求。(2)與燃用0#柴油相比,隨著BED混合燃料摻混比的增加,外特性扭矩下降,有效燃油消耗率升高,NO_x排放上升,Soot排放降低。在1000r/min工況點,燃用B15E5D混合燃料,相比于海拔0km,海拔為4km時扭矩降低了34.97%,油耗升高了9.95%。(3)當海拔高度升高時,柴油機外特性上缸內(nèi)最大壓力下降,缸內(nèi)最高溫度上升,NO_x排放降低,Soot排放升高,扭矩下降,有效燃油消耗率升高,并且轉(zhuǎn)速越低,影響越大。(4)對1800r/min部分負荷(25%、50%、75%)進行模擬,研究發(fā)現(xiàn),隨著海拔升高,缸內(nèi)最高溫度上升,最大缸壓降低,Soot排放升高,燃燒持續(xù)期增加。對于有效燃油消耗率,在25%負荷,表現(xiàn)為先降低再升高,其他負荷均隨之升高,而NO_x排放則有升有降。(5)恒轉(zhuǎn)速增轉(zhuǎn)矩瞬態(tài)工況下,海拔升高對柴油機瞬態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程影響相似,但在瞬態(tài)過程存在渦輪遲滯現(xiàn)象。并且隨著海拔升高,噴油量變化引起的柴油機性能參數(shù)波動越大。(6)研究發(fā)現(xiàn),隨著進氣氧濃度升高,柴油機扭矩提升,有效燃油消耗率下降,燃燒改善,Soot排放急劇降低,而NO_x排放升高。在海拔3km,進氣氧濃度為26%時,與0km海拔扭矩相比,1200r/min時恢復到92.14%、1800r/min恢復到97.78%。
【學位單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TK421.2
【部分圖文】：

西南交通大學碩士研究生學位論文第11頁用數(shù)學描述，需要對實際工作過程進行簡化。數(shù)值模擬時，將氣缸簡化為如圖2-1所示的熱力系統(tǒng)，并作如下假設(shè)：（1）柴油機工作時缸內(nèi)工質(zhì)狀態(tài)均勻，同一時刻缸內(nèi)各處壓力、溫度和濃度相同；（2）混合氣是理想氣體；（3）進排氣過程中氣體是準穩(wěn)態(tài)流動；（4）進氣系統(tǒng)的波動忽略不計；（5）氣缸密閉性良好；通過上述假設(shè)，缸內(nèi)混合氣狀態(tài)可由壓力p、質(zhì)量m、溫度T等物理量描述，通過能量守恒方程、質(zhì)量守恒方程和理想氣體狀態(tài)方程表示柴油機運行狀態(tài)。圖2-1柴油機氣缸內(nèi)工作示意圖①理想氣體狀態(tài)方程pVmRT（2-12）②質(zhì)量守恒方程據(jù)圖2-1所示，結(jié)合質(zhì)量守恒定律，該熱力系統(tǒng)與外界通過邊界交換的工質(zhì)總質(zhì)量jjdm與系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)變化dm相等，可表示為jjdmdm（2-13）假設(shè)氣缸密閉性完好，則有以下三部分過程造成氣缸內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量發(fā)生變化：通過氣缸換氣新進入缸內(nèi)的新鮮空氣質(zhì)量sm和燃燒后排出缸內(nèi)的排氣質(zhì)量em，以及已經(jīng)參與反應(yīng)的燃料質(zhì)量Bm。定義柴油機每循環(huán)噴油量為fg（kg/cyc）,缸內(nèi)燃料燃燒百分數(shù)為x，則可進一步表示為：ddxgddmddmddmfes（2-14）③能量守恒方程應(yīng)用熱力學第一定律，則此系統(tǒng)可表示為：

西南交通大學碩士研究生學位論文第15頁dxxFFF1（2-29）2.2.2中冷器計算在增壓柴油機上，中冷器起著非常重要的作用。其主要是對壓氣機之后的進氣進行冷卻，以此提高進入氣缸新鮮空氣的密度，從而改善柴油機燃燒，提升柴油機效率。中冷器模型計算的意義是為了得到新鮮空氣在中冷器出口處的溫度sT和壓力sp，根據(jù)其工作原理，其模型簡圖和對應(yīng)參數(shù)如圖2-2所示。圖中kT代表壓氣機流入物質(zhì)溫度，標志s表示空氣、w代表冷卻水、i代表中冷器流入物質(zhì)狀態(tài)，o代表中冷器流出物質(zhì)狀態(tài)。圖2-2中冷器模型計算簡圖中冷器計算是換熱器熱傳遞計算，由熱力學和傳熱學可得：增壓空氣釋放的熱量：)(skpsSSTTcdtdmdtdQ（2-30）冷卻水吸收的熱量：)(wiwopwwwTTcdtdmdtdQ（2-31）增壓空氣與中冷器冷卻水傳遞的熱量：)swkswTAKdtdQ（2-32）式中，K為換熱系數(shù)，kA為換熱面積，兩者一般取常數(shù)。由能量守恒原理可得：dtdQdtdQdtdQdtdQswws（2-33）將以上各式聯(lián)立求解，可得到中冷器冷卻水在出口處的溫度sT計算公式：

，缸內(nèi)工質(zhì)與氣缸周壁的傳熱量直接平均分配到各子區(qū)域。因此計算量遠遠多于零維模型[57]。②EngCylCombPulse模型該模型認為柴油機運行時，處于缸內(nèi)火焰前鋒面兩側(cè)的工質(zhì)狀態(tài)不同，因此可以分為環(huán)境區(qū)和噴霧區(qū)，假設(shè)各區(qū)域均為均質(zhì)的，見圖2-4所示。環(huán)境區(qū)內(nèi)主要組成成分是空氣，噴霧區(qū)內(nèi)由噴油孔噴出的燃油和卷吸的空氣組成，兩個區(qū)域的壓力相等，氣缸內(nèi)油氣混合、燃燒等都只在噴霧區(qū)進行。模型將缸內(nèi)燃燒過程劃分為卷吸、滯燃期、預混燃燒和擴散燃燒4個階段，模型中需要對以上4個系數(shù)進行設(shè)定。圖2-3EngCylCombDIJet模型圖2-4EngCylCombPulse模型兩個模型都能對有害排放物進行預測，滿足本文需要，因EngCylCombPulse模型相對于EngCylCombDIJet模型具有更快的運算速度，因此本文選擇EngCylCombPulse模型作為燃燒模型。

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本文編號：2824067