多種噴油策略對(duì)某柴油機(jī)Soot生成氧化過(guò)程影響數(shù)值模擬研究
發(fā)布時(shí)間：2017-07-18 18:24
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【摘要】：柴油機(jī)在工作過(guò)程中生成的soot危害主要有兩點(diǎn)：首先會(huì)在排氣沖程中隨廢氣排出并進(jìn)一步形成PM排放到大氣環(huán)境中造成空氣污染,其次可能會(huì)附著在缸套上并最終混入機(jī)油當(dāng)中,造成機(jī)油的品質(zhì)變差。當(dāng)前越來(lái)越嚴(yán)格的排放法規(guī)也使得更加細(xì)致的研究缸內(nèi)soot生成和氧化過(guò)程變得必要。本文的主要工作是基于CONVERGE軟件,對(duì)某柴油機(jī)在小負(fù)荷工況下在五種不同的噴油策略下的缸內(nèi)soot生成和氧化過(guò)程展開(kāi)研究。燃燒使用了包含多環(huán)芳香烴(PAH)機(jī)理在內(nèi)的詳盡化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理文件,機(jī)理規(guī)模為100組分,432化學(xué)反應(yīng)。soot模型則采用基于矩的方法進(jìn)行模擬, soot前驅(qū)物為PAH。五種策略分別為基準(zhǔn)噴射(Inject_Base)、推遲噴射(Inject_AtLater)、四次噴射(Inject_4Times)、雙次噴射第二次噴射時(shí)改變噴孔位置以及噴霧錐角(Inject_2Times)和雙次噴射第一次早噴、第二次上止點(diǎn)附近噴射(Inject_2TimesAtEarly)。隨后在一維結(jié)果、二維結(jié)果、三維結(jié)果以及soot相關(guān)變量關(guān)聯(lián)分析四個(gè)方面展開(kāi)分析,研究不同噴油策略對(duì)soot生成氧化過(guò)程的影響。本文的另一個(gè)主要內(nèi)容則是基于面向?qū)ο笏枷胪瓿烧麄�(gè)soot模擬過(guò)程的構(gòu)建。使用Python編程語(yǔ)言、PyQt以及Pandas數(shù)據(jù)分析庫(kù)構(gòu)建三個(gè)類:ExpObject、 SootObject以及ModelDieselSootFormationObjecto類由屬性和方法組成,而在定義類時(shí)通過(guò)聲明變量類型提供了必要的訪問(wèn)權(quán)限控制。通過(guò)類的構(gòu)建來(lái)實(shí)施整個(gè)數(shù)值模擬計(jì)算這一過(guò)程,從而將soot模擬計(jì)算這一過(guò)程完全以程序化的語(yǔ)言表述,方便的將案例的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和重構(gòu),從而更加有效的對(duì)案例進(jìn)行管理。本文主要結(jié)論如下：1)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比,當(dāng)前選擇物理模型能夠比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)模擬機(jī)型缸內(nèi)壓力的發(fā)展,并且比較可靠的應(yīng)用于噴油策略的定性研究中。2)零維結(jié)果分析表明不同噴油策略在性能和排放之間存在取舍。Inject_Base擁有最大的IMEP和最小的PM soot排放,Inject_4Times則擁有最小的壓力升高率。Inject_AtLater則擁有最小的NOx排放。沒(méi)有能夠滿足所有要求的噴油策略而是要更具具體的需要選擇適當(dāng)?shù)膰娪筒呗浴?)溫度當(dāng)量比結(jié)果分析表明,A4和C2H2的分布比較類似,均分布在相對(duì)低溫(小于2000K)高當(dāng)量比(大于1.5)區(qū)域,但C2H2的最大值出現(xiàn)在最高當(dāng)量比區(qū)域而-的最大值則出現(xiàn)在中間高當(dāng)量比區(qū)域。OH分布在相對(duì)高溫(大于2000K)低當(dāng)量比(小于1)區(qū)域。4)三維結(jié)果分析表明五種噴油策略因?yàn)椴煌膰娪蜁r(shí)刻以及對(duì)應(yīng)時(shí)刻不同的缸內(nèi)流動(dòng)狀態(tài),而產(chǎn)生了不同的溫度以及當(dāng)量比分布,也因此產(chǎn)生了不同的A4、C2H2以及soot分布。在三維云圖中,soot、C2H2與-的分布比較接近。高溫區(qū)域包裹著中間的低溫高當(dāng)量比區(qū)域,該區(qū)域內(nèi)將形成A4、C2H2以及soot,高溫區(qū)域的外圍則是OH層,該層和最高溫區(qū)域相對(duì)應(yīng),往往是擴(kuò)散火焰的位置。5) soot相關(guān)變量分析主要考察兩組變量的相關(guān)系數(shù),第一組為Hiroy_soot、 PM_soot、A4、C2H2與equiv ratio bin之間的相關(guān)系數(shù)。equiv ratio bin是指當(dāng)量比處在1.0-1.1、1.1-1.2、1.2-1.3、1.3-1.4、1.4-1.5、1.5-1.6、1.6-1.7、1.7-1.8、1.8-1.9、1.9-2.0之間的單元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。第二組為Hiroy_soot、 PM_soot、A4、C2H2四個(gè)變量之間的相關(guān)系數(shù)。在第一組中四個(gè)變量的相關(guān)系數(shù)都是隨著equiv ratio bin的增加而增大,只是Inject_2TimesAtEarly稍有不同,但最大的相關(guān)系數(shù)都出現(xiàn)在1.9-2.0當(dāng)量比中。另外還可以看到A4、C2H2在equiv ratio bin為1.9-2.0時(shí)相關(guān)系數(shù)突然增加。而在第二組相關(guān)系數(shù)中,Hiroy_soot和PM soot以及A4和C2H2這兩對(duì)變量比其余對(duì)變量的相關(guān)系數(shù)要更高。
【關(guān)鍵詞】：柴油機(jī) soot Python 面向?qū)ο?/strong> 噴油策略 化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK421
【目錄】：
- 摘要8-10
- ABSTRACT10-13
- 符號(hào)說(shuō)明13-14
- 第1章 緒論14-22
- 1.1 研究意義及背景14
- 1.2 研究現(xiàn)狀14-20
- 1.3 本文主要內(nèi)容20-22
- 第2章 模型的選取以及模擬方案的確定22-44
- 2.1 數(shù)值模擬技術(shù)簡(jiǎn)介22-23
- 2.2 模擬機(jī)型簡(jiǎn)介23-24
- 2.3 物理模型選取以及求解參數(shù)設(shè)定24-41
- 2.3.1 噴嘴內(nèi)部流動(dòng)模型設(shè)定24-25
- 2.3.2 柴油液滴破碎與蒸發(fā)模型設(shè)定25-28
- 2.3.3 燃燒模型設(shè)定28
- 2.3.4 Soot生成及氧化模型設(shè)定28-38
- 2.3.5 壁面交互模型設(shè)定38-39
- 2.3.6 求解參數(shù)設(shè)定39-41
- 2.3.7 模型選取總結(jié)41
- 2.4 噴油策略設(shè)定41-42
- 2.5 本章小結(jié)42-44
- 第3章 面向?qū)ο笏枷敕治鲞^(guò)程的確立44-58
- 3.1 面向?qū)ο笏枷牒?jiǎn)介44
- 3.2 ExpObject類的建立44-46
- 3.3 SootObject類的建立46-50
- 3.4 ModelDieselSootFormationObject類的建立50-57
- 3.5 本章小結(jié)57-58
- 第4章 模擬結(jié)果分析58-92
- 4.1 模擬與試驗(yàn)的標(biāo)定58-59
- 4.2 噴油策略分析比較59-91
- 4.2.1 一維結(jié)果分析61-68
- 4.2.2 二維結(jié)果分析68-76
- 4.2.3 三維結(jié)果分析76-88
- 4.2.4 soot相關(guān)變量關(guān)聯(lián)分析88-91
- 4.3 本章小結(jié)91-92
- 第5章 總結(jié)與展望92-96
- 5.1 全文總結(jié)92-93
- 5.2 展望93-96
- 參考文獻(xiàn)96-100
- 致謝100-101
- 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表101
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，本文編號(hào)：559188
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