本文關鍵詞：柴油機缸內碳煙粒徑與數(shù)密度分布研究

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【摘要】：近年來,霧霾天氣在中國多個城市頻繁出現(xiàn),導致大氣能見度降低,且危害到人體的身心健康,而造成霧霾天氣的最主要物質是可吸入顆粒物�？晌腩w粒物的排放主要來自于燃燒源,燃燒源排放的主要渠道之一是機動車尾氣,而機動車尾氣中顆粒物大多又是由柴油機產生的。可以說,柴油機的顆粒物排放是形成霧霾天氣的主要來源之一。柴油機顆粒物排放一直是內燃機研究領域中的焦點問題之一,各國也先后設立了針對柴油機顆粒物質量的排放法規(guī)。另外,由于小粒徑顆粒對人體危害更大,而小粒徑顆粒占柴油機排放微粒數(shù)量的90%以上,在歐五排放法規(guī)中,最先提出了對顆粒物排放數(shù)量進行限制的要求。本文建立了柴油機燃燒室的幾何模型并進行了網(wǎng)格劃分,設定了柴油機計算模型的初始條件(包括了噴油量、缸內的湍流動能以及湍流長度尺度)和邊界條件,選取了合適的數(shù)學模型:K-epsilon湍流模型、KH-RT液滴破碎模型、Coherent Flame燃燒模型、Kinetic model碳煙排放模型,由此建立了柴油機的三維數(shù)值模型。通過采集標定工況下柴油機的缸內壓力、排放煙度和燃油消耗率等參數(shù),對所建計算模型進行了標定和驗證。在此基礎之上,研究了噴油系統(tǒng)參數(shù)(噴孔直徑、噴孔夾角和噴油提前角)和含氧混合燃料(B10、B20和B50)對柴油機燃燒過程和碳煙顆粒物排放的影響,其中重點研究了對柴油機碳煙質量濃度、碳煙粒徑和碳煙數(shù)密度分布的影響規(guī)律。原機碳煙質量濃度隨著曲軸轉角的增加而急速增加,之后又有所下降。碳煙粒徑和碳煙數(shù)密度整體變化趨勢均是先增大后減小,分布范圍由窄變寬,再變窄,最后趨于穩(wěn)定。隨噴孔直徑減小,碳煙生成量在燃燒前期不斷增加,而在燃燒后期不斷減少。碳煙粒徑和碳煙數(shù)密度在燃燒開始至上止點的燃燒初始階段均不斷增大,而在燃燒中后期,均沒有明顯的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),在燃燒后期,碳煙粒徑與碳煙數(shù)密度之間有此消彼長的相互聯(lián)系。隨噴孔夾角減小,碳煙平均質量濃度逐漸增大,而碳煙粒徑并沒有固定的變化趨勢,但碳煙數(shù)密度隨噴孔夾角減小逐漸增高。隨噴油提前角增大,碳煙生成量在燃燒前期稍微增多,而在燃燒后期逐漸減少。噴油提前角的變化對最終生成的碳煙平均粒徑和平均數(shù)密度均沒有太大影響。相對于B0,三種混合燃料中,B20最終的碳煙平均質量濃度下降最多,而B50下降幅度低于B10。柴油的碳煙平均粒徑和平均數(shù)密度隨曲軸轉角均呈雙峰形態(tài),而混合燃料均呈單峰形態(tài)�？偟膩砜�,在燃燒前期和后期,混合燃料的碳煙平均粒徑一直小于柴油�；旌先剂系奶紵熎骄鶖�(shù)密度在燃燒初始期和燃燒后期均高于柴油,而在中期會比柴油低。含氧混合燃料的碳煙粒徑和碳煙數(shù)密度之間存在此消彼長的相互聯(lián)系。
【關鍵詞】：柴油機 燃燒 碳煙質量濃度 碳煙粒徑 碳煙數(shù)密度 噴油系統(tǒng) 含氧混合燃料
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK421
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 研究背景11-14
• 1.1.1 可吸入顆粒物對大氣環(huán)境影響及其主要來源11-12
• 1.1.2 可吸入顆粒物對人體健康的危害12-13
• 1.1.3 可吸入顆粒物的類別與性質13-14
• 1.2 國內外研究狀況14-19
• 1.2.1 國外研究狀況14-17
• 1.2.2 國內研究狀況17-19
• 1.3 本文研究的主要內容和方案19-21
• 1.3.1 主要研究內容20
• 1.3.2 研究方案20-21
• 第二章 柴油機計算模型的建立與驗證21-28
• 2.1 FIRE軟件介紹21
• 2.2 物理模型建立與計算方法21-23
• 2.3 初始條件計算以及邊界條件設置23-24
• 2.3.1 模擬計算噴油量23
• 2.3.2 缸內湍流動能以及湍流長度尺度23-24
• 2.3.3 缸內初始狀態(tài)與邊界條件24
• 2.3.4 計算時間步長的選取24
• 2.4 數(shù)值模型的選取24
• 2.5 發(fā)動機試驗與計算模型驗證24-26
• 2.5.1 發(fā)動機臺架試驗24-25
• 2.5.2 模型驗證25-26
• 2.6 本章小結26-28
• 第三章 原機燃燒過程與碳煙生成特性分析28-40
• 3.1 原機燃燒過程28-33
• 3.1.1 缸內平均壓力和平均溫度28-29
• 3.1.2 瞬時放熱率29-30
• 3.1.3 速度場30
• 3.1.4 當量比和溫度場30-32
• 3.1.5 氧濃度和OH濃度32-33
• 3.2 缸內碳煙質量濃度33-35
• 3.3 缸內碳煙粒徑與數(shù)密度35-38
• 3.4 本章小結38-40
• 第四章 噴油系統(tǒng)參數(shù)對碳煙生成特性影響分析40-64
• 4.1 噴孔直徑的影響40-48
• 4.1.1 缸內平均溫度和平均壓力的影響分析40-41
• 4.1.2 碳煙質量濃度的影響分析41-44
• 4.1.3 碳煙粒徑與數(shù)密度的影響分析44-48
• 4.2 噴孔夾角的影響48-56
• 4.2.1 缸內平均溫度和平均壓力的影響分析48-49
• 4.2.2 碳煙質量濃度的影響分析49-51
• 4.2.3 碳煙粒徑與數(shù)密度的影響分析51-56
• 4.3 噴油提前角的影響56-63
• 4.3.1 缸內平均溫度和平均壓力的影響分析56
• 4.3.2 碳煙質量濃度的影響分析56-59
• 4.3.3 碳煙粒徑與數(shù)密度的影響分析59-63
• 4.4 本章小結63-64
• 第五章 含氧混合燃料對碳煙生成特性影響分析64-75
• 5.1 缸內平均溫度和平均壓力影響分析64-65
• 5.2 碳煙質量濃度的影響分析65-67
• 5.3 碳煙粒徑與數(shù)密度的影響分析67-73
• 5.4 本章小結73-75
• 第六章 總結與展望75-77
• 6.1 主要工作75
• 6.2 主要結論75-76
• 6.3 研究展望76-77
• 參考文獻77-81
• 致謝81-82
• 在學期間發(fā)表的學術論文及其他科研成果82

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