能源環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻,面對(duì)越來(lái)越嚴(yán)格的排放法規(guī)以及近年來(lái)電動(dòng)化帶來(lái)的市場(chǎng)沖擊,傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展舉步維艱,發(fā)展清潔高效的新型燃燒模式是應(yīng)對(duì)當(dāng)前局面的一個(gè)重要方案。汽油部分預(yù)混合壓燃(PPCI)燃燒模式,即在燃燒開(kāi)始時(shí)缸內(nèi)油氣處于“部分”預(yù)混合狀態(tài),其熱效率能達(dá)到甚至超過(guò)柴油機(jī),并且碳煙排放極低,是一種很有發(fā)展前景的新型燃燒模式。目前,低負(fù)荷工況下汽油自燃著火困難是實(shí)現(xiàn)汽油PPCI燃燒的重大難題之一,進(jìn)氣加熱是最直接的解決手段,但進(jìn)氣加熱實(shí)現(xiàn)困難且會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和安全性,本文的研究目的是通過(guò)添加劑改善汽油自燃著火性能,在常溫進(jìn)氣下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的汽油PPCI燃燒。本文在激波管試驗(yàn)臺(tái)架上對(duì)市售92#汽油自燃著火性能進(jìn)行研究,一方面是為了探討溫度、壓力、當(dāng)量比以及添加劑對(duì)汽油自燃著火延遲的影響;另一方面,可以根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇與驗(yàn)證適合汽油壓燃燃燒的化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)理,為后續(xù)進(jìn)行三維CFD燃燒模擬計(jì)算提供研究基礎(chǔ)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,當(dāng)量比一定時(shí),誤差范圍內(nèi)著火延遲的對(duì)數(shù)與溫度的倒數(shù)成直線關(guān)系,只改變壓力會(huì)得到一組近似平行的直線,而當(dāng)量比在不同溫度范圍內(nèi)對(duì)著火延遲的影響不同。在汽油中添加不同比例的二叔丁過(guò)氧化物(DTBP)和聚甲氧基二甲醚(PODE)會(huì)改善燃料的自燃著火性能,拓展最低著火溫度極限,且添加比例越高,這種效果越明顯。以一臺(tái)單缸柴油機(jī)為原型,使用發(fā)動(dòng)機(jī)模擬軟件CONVERGE耦合化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)理建立汽油PPCI三維CFD模型,并進(jìn)行了汽油壓燃燃燒模擬研究。首先研究了純汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)上的PPCI燃燒,結(jié)果表明:在標(biāo)定轉(zhuǎn)速、低負(fù)荷工況下噴油提前角為20°CA時(shí),進(jìn)氣溫度要加熱到65°C才能實(shí)現(xiàn)正常的著火燃燒,但通過(guò)調(diào)整噴油定時(shí),在進(jìn)氣溫度為55°C時(shí)就可以達(dá)到更好的效果;隨后計(jì)算模擬了添加PODE改性汽油的PPCI燃燒,在汽油中添加10%的PODE即可在常溫進(jìn)氣下實(shí)現(xiàn)PPCI燃燒,且動(dòng)力性相近的前提下SOOT排放遠(yuǎn)低于原機(jī)柴油,當(dāng)添加比例超過(guò)20%時(shí)NOX排放會(huì)略高于原機(jī)水平;最后討論了雙次噴射策略對(duì)優(yōu)化缸內(nèi)燃燒過(guò)程的影響:采用30%后噴比例+10°CA噴射間隔時(shí)綜合效果較好,相比于原機(jī)柴油,IMEP提高0.8%,NOX和SOOT排放分別降低9.0%和72.3%。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TK16
【部分圖文】：

人類(lèi)文明進(jìn)步和發(fā)展的重要工具，自內(nèi)燃機(jī)誕生的 100 多年優(yōu)點(diǎn)在國(guó)民各個(gè)領(lǐng)域中占據(jù)著舉足輕重的地位。然而，隨著國(guó)也開(kāi)始走進(jìn)千家萬(wàn)戶，汽車(chē)保有量迅飛猛漲，導(dǎo)致能源短缺以嚴(yán)重。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)排放法規(guī)和油耗標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，再加上電車(chē)的興起，傳統(tǒng)燃油內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展面臨著巨大的危機(jī)。車(chē)燃料是石油的主要消耗途徑之一，自 2007 開(kāi)始，我國(guó)的汽到 14.9%，據(jù)公安部數(shù)據(jù)顯示[1]，截至 2017 年 3 月底，我國(guó)輛，而汽車(chē)保有量超過(guò) 2 億輛。我國(guó)作為一個(gè)貧油國(guó)家，石面國(guó)際油價(jià)不斷增長(zhǎng)，另一方面國(guó)內(nèi)能源需求越來(lái)越大，石油2015 年我國(guó)石油進(jìn)口比例首次超過(guò) 60%，這對(duì)國(guó)家能源安全新頒布的第三階段油耗標(biāo)準(zhǔn)要求百公里油耗不得高于 6.9L,不燃機(jī)技術(shù)，提高內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)性降低內(nèi)燃機(jī)油耗，不但能帶來(lái)巨緩解國(guó)家能源壓力。

著火由缸內(nèi)的溫度、壓力、油氣濃度分布、燃料自身活性等因素決定，著燒過(guò)程和排放都有極大的影響。目前，關(guān)于著火時(shí)間的測(cè)量裝置有激波管彈、快速壓縮機(jī)以及發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架等。激波管可以通過(guò)壓差破膜、針刺破膜來(lái)加熱空氣，從而使管內(nèi)實(shí)驗(yàn)區(qū)達(dá)到極高的滯止溫度。由于激波管對(duì)油氣是在瞬間完成的，是一個(gè)均勻、非等熵的絕熱過(guò)程，因此可以在較大范圍力和溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，激波管在燃料燃燒的化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究中應(yīng)，試驗(yàn)結(jié)果可以作為后面化學(xué)反應(yīng)機(jī)理驗(yàn)證與簡(jiǎn)化的依據(jù)，因此，本文選為試驗(yàn)裝置。激波管試驗(yàn)裝置介紹激波管是一根等截面金屬管，其一端封閉，另一端開(kāi)放或封閉。管子中間膜，將激波管管子分隔為獨(dú)立的兩部分。實(shí)驗(yàn)時(shí)，這兩部分分別充入壓力，充入高壓氣體的部分被稱為高壓段，即驅(qū)動(dòng)段；充入低壓氣體的部分被，即被驅(qū)動(dòng)段。如圖 2-1 所示。

激波管試驗(yàn)裝置介紹激波管是一根等截面金屬管，其一端封閉，另一端開(kāi)放或封閉。管子中間部膜，將激波管管子分隔為獨(dú)立的兩部分。實(shí)驗(yàn)時(shí)，這兩部分分別充入壓力不，充入高壓氣體的部分被稱為高壓段，即驅(qū)動(dòng)段；充入低壓氣體的部分被稱，即被驅(qū)動(dòng)段。如圖 2-1 所示。圖 2-1 理想激波管在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于高壓段低壓段兩部分存在壓差，當(dāng)膜片破裂時(shí)，便會(huì)立束向高壓段傳播的中心稀疏波，一道向低壓段傳播的激波面，以及一道接低壓段傳播），如圖 2-2 所示。

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本文編號(hào)：2826908