本文關鍵詞：高原環(huán)境下自然吸氣小型柴油機性能及排放量化分析

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【摘要】：隨著環(huán)保要求的愈加嚴格,內(nèi)燃機在高原環(huán)境下工作時的排放性能受到人們的關注,美國已頒布了高原環(huán)境下非道路用柴油機的排放法規(guī),而國內(nèi)現(xiàn)有研究多以柴油機的高原適應性為主,因此開展高原環(huán)境下非道路用柴油機燃燒及排放變化規(guī)律的研究具有重要的學術價值和實用意義。本文以186F柴油機為研究對象,采用試驗研究與模擬計算相結合的方法對三個不同海拔高度下非道路用自然吸氣柴油機的性能、燃燒、排放的變化規(guī)律和機理進行研究。樣機試驗表明:海拔高度從10m升高到1670m時,柴油機在相同最大輸出功率工作時,燃油消耗率增大了5.3%,煙度從1.4BSU增加到2.6BSU。高原環(huán)境下,柴油機整機比排放HC、PM明顯增大,HC、PM分別增大約43.4%和51.4%,CO和NOX排放的變化較小。柴油機示功圖的分析結果是:海拔高度增加,柴油機缸內(nèi)最高燃燒壓力下降,燃燒始點推遲,燃燒品質(zhì)變差。并且海拔高度越高,燃燒持續(xù)期越長,缸內(nèi)最高平均燃燒溫度越高。應用工程軟件計算分析了不同海拔高度下標定工況時柴油機缸內(nèi)燃燒過程的變化,結合試驗結果得出:海拔高度增加,柴油機缸內(nèi)噴射油束貫穿距變長,油束破碎和蒸發(fā)過程減緩,使得油氣混合均勻性變差,燃燒室近壁面處易形成油氣堆積,造成燃燒效率下降。從10m到1000m和1000m到1670m,燃燒效率分別下降了0.9%和2.1%。柴油機的理論循環(huán)分析得出:高海拔地區(qū)缸內(nèi)壓力升高比減小,初始膨脹比增大,工質(zhì)的等熵指數(shù)減小等,使理論循環(huán)熱效率隨海拔高度增加而下降。而且缸內(nèi)燃燒溫度和排氣溫度的升高也會造成不可逆損失增大。標定工況時排氣污染物的模擬結果得出:雖然高海拔時缸內(nèi)氧含量下降,但此時燃燒室內(nèi)高溫區(qū)域擴大,活塞頂隙的未燃區(qū)域又提供了必要的氧氣,使得NOX生成速率曲線的“第二峰”峰值要比平原地區(qū)大,造成標定工況時NOX排放略有增加。按等功率、等煙度和等過量空氣系數(shù)的方法研究柴油機標定功率的標定,得出機械控制噴油的自然吸氣柴油機,在高海拔地區(qū)運行時,為減少環(huán)境污染可根據(jù)使用地的海拔高度通過限油裝置調(diào)整標定工況的噴油量,適當減少最大輸出功率運行,能滿足美國非道路柴油機排放法規(guī)的要求。對186F及同類型的柴油機而言,海拔高度每升高1000m,標定功率減小約8%較為適宜。
【關鍵詞】：小型非道路柴油機 自然吸氣 高原 燃燒 性能 排放
【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5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 引言11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 柴油機高原特性試驗方法12-14
• 1.2.2 國外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 本課題研究的意義和內(nèi)容17-19
• 1.3.1 選題意義17
• 1.3.2 主要研究內(nèi)容17-19
• 第二章 試驗設備與試驗方法19-24
• 2.1 內(nèi)燃機高海拔大氣狀態(tài)模擬試驗裝置19-21
• 2.2 試驗樣機與測試設備21-22
• 2.3 試驗方法22-23
• 2.3.1 試驗地點與模擬海拔高度的選擇22
• 2.3.2 試驗內(nèi)容22-23
• 2.4 本章小結23-24
• 第三章 高原環(huán)境下自然吸氣小型柴油機燃燒和排放試驗與分析24-45
• 3.1 柴油機負荷特性的性能變化24-26
• 3.1.1 柴油機負荷特性上的過量空氣系數(shù)24
• 3.1.2 柴油機負荷特性上的燃油經(jīng)濟性24-25
• 3.1.3 柴油機負荷特性上的排氣溫度25-26
• 3.2 柴油機全負荷速度特性的性能變化26-27
• 3.2.1 柴油機全負荷速度特性上的過量空氣系數(shù)26
• 3.2.2 柴油機全負荷速度特性上的燃油經(jīng)濟性26-27
• 3.2.3 柴油機全負荷速度特性上的排氣溫度27
• 3.3 柴油機燃燒特性27-33
• 3.3.1 缸內(nèi)壓力與壓力升高率27-29
• 3.3.2 缸內(nèi)最高燃燒壓力29-30
• 3.3.3 放熱規(guī)律30-31
• 3.3.4 燃燒始點與燃燒持續(xù)期31-33
• 3.3.5 缸內(nèi)最高平均燃燒溫度33
• 3.4 柴油機負荷特性上的排放性能33-36
• 3.4.1 柴油機負荷特性上的煙度33-34
• 3.4.2 柴油機負荷特性上的CO排放34-35
• 3.4.3 柴油機負荷特性上的HC排放35
• 3.4.4 柴油機負荷特性上的NO_X排放35-36
• 3.5 柴油機全負荷速度特性上的排放性能36-38
• 3.5.1 柴油機全負荷速度特性上的煙度36-37
• 3.5.2 柴油機全負荷速度特性上的CO排放37
• 3.5.3 柴油機全負荷速度特性上的HC排放37-38
• 3.5.4 柴油機全負荷速度特性上的NO_X排放38
• 3.6 柴油機整機比排放38-40
• 3.7 柴油機熱效率分析40-43
• 3.7.1 柴油機有效熱效率40-41
• 3.7.2 柴油機機械效率41-42
• 3.7.3 柴油機指示熱效率42-43
• 3.8 本章小結43-45
• 第四章 燃燒過程模擬計算與排放變化的機理分析45-65
• 4.1 網(wǎng)格模型的建立45-48
• 4.1.1 幾何模型與動網(wǎng)格的建立45-46
• 4.1.2 初始參數(shù)46-48
• 4.2 計算模型的選取48-50
• 4.2.1 氣相湍流流動模型48
• 4.2.2 噴霧模型48-49
• 4.2.3 著火及燃燒模型49-50
• 4.2.4 NO_X生成模型50
• 4.3 計算模型的驗證50-51
• 4.3.1 計算方案50
• 4.3.2 計算模型的驗證50-51
• 4.4 柴油機燃燒過程變化機理51-60
• 4.4.1 燃料的燃燒效率分析51-56
• 4.4.2 循環(huán)熱效率56-57
• 4.4.3 不可逆損失57-60
• 4.5 NO_X排放變化機理分析60-63
• 4.6 本章小結63-65
• 第五章 滿足美國非道路柴油機第Ⅳ階段排放法規(guī)的措施65-68
• 5.1 減小輸出功率對柴油機速度特性上扭矩的變化65-66
• 5.2 減小輸出功率對柴油機標定工況排放的變化66-67
• 5.3 本章小結67-68
• 第六章 總結與展望68-70
• 6.1 全文總結68-69
• 6.2 未來展望69-70
• 參考文獻70-75
• 致謝75-76
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及專利76

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