本文關鍵詞：雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機燃燒及排放的仿真研究

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【摘要】：在能源問題及環(huán)境污染問題日益突出的背景下,尋找一種適合我國能源結(jié)構(gòu)的新型可替代能源燃料已為迫在眉睫的事情。甲醇作為一種最具潛力的代用燃料,不僅有著與汽油、柴油相媲美的運輸、應用以及存儲方便等優(yōu)勢,并且具有較佳的燃燒及排放性能,然而冷啟動困難、非常規(guī)排放高等問題也存在于甲醇發(fā)動機中。本文以一款缸內(nèi)直噴點燃式汽油機為原型建立了雙火花塞甲醇發(fā)動機模型,通過仿真計算與分析,研究了雙火花塞結(jié)構(gòu)對點火真噴甲醇發(fā)動機冷啟動及穩(wěn)態(tài)工況燃燒和排放的影響規(guī)律,為處理甲醇在實際應用中存在的困難提供了新的思路。首先,利用樣機的實驗數(shù)據(jù)對燃燒模型進行了有效驗證;其次,研究了雙火花塞結(jié)構(gòu)下的雙火花塞位置、點火正時、噴油正時、燃空當量比對甲醇發(fā)動機冷啟動及穩(wěn)態(tài)工況燃燒和排放性能的影響。結(jié)果表明,當雙火花塞與燃燒室中心距離增加時,氣缸壓力和缸內(nèi)溫度的峰值逐步減小,放熱率峰值呈現(xiàn)先增后減的趨勢,其峰值出現(xiàn)角度逐漸推遲;未燃甲醇排放質(zhì)量越來越高;火焰?zhèn)鞑ニ俣仍絹碓娇?兩個火花塞間距太大會使SOOT排放增加,兩個火花塞間距太小會使NO_X污染嚴重。冷啟動工況下,隨著噴油正時的推遲,缸壓、缸溫及放熱率的峰值逐漸增加,峰值對應的角度也越來越提前,在70°CA BTDC時各峰值達到最大值,噴油正時再推遲時各峰值又有所減小;火焰發(fā)展期及未燃甲醇排放質(zhì)量也隨噴油正時的推遲而降低,在70°CA BTDC時兩者都達到最小值,噴油正時再推遲時兩者又逐漸回升;NO_X排放質(zhì)量隨噴油時刻的推遲而增大,在70°CA BTDC噴油提前角時達到最大值,噴油再推遲時其排放質(zhì)量開始下降;SOOT排放質(zhì)量隨噴油時刻提前而減小,在70°CA BTDC噴油提前角時達到最小值,噴油提前角再推遲時其排放質(zhì)量開始上升。冷啟動工況給定燃空當量比及噴油正時的條件下,氣缸壓力、缸內(nèi)溫度及放熱率的峰值隨著點火正時的提前逐步增加,各峰值對應的角度逐漸提前;點火正時對雙火花塞甲醇發(fā)動機火焰發(fā)展期的影響并不顯著;未燃甲醇排放質(zhì)量隨著點火正時的提前而慢慢減小,NO_X排放質(zhì)量隨點火正時的提前而呈遞增趨勢,SOOT排放質(zhì)量有隨著點火正時的提前而逐步降低的趨勢。綜合考慮燃燒與排放的因素,點火正時為21°CA BTDC最佳點火提前角。冷啟動工況雙火花塞點火方式下,隨著燃空當量比的增加,氣缸壓力、缸內(nèi)溫度及放熱率的峰值逐步增加。與單火花塞相比,采用雙火花塞點火方式提高了火焰?zhèn)鞑ニ俾?減少了燃燒持續(xù)期,能夠?qū)崿F(xiàn)甲醇發(fā)動機快速穩(wěn)定燃燒,提高了甲醇發(fā)動機的性能,使得單火花塞點火方式下燃空當量比為1的氣缸壓力、缸內(nèi)溫度及放熱率峰值不及雙火花塞點火方式下稀燃狀態(tài)(φ=0.9),單火花塞下各峰值對應角度也有所推遲。除此之外,采用雙火花塞點火方式使得未燃甲醇排放質(zhì)量減少。穩(wěn)態(tài)工況下,隨著噴油正時的提前,氣缸壓力、缸內(nèi)溫度及放熱率的峰值越來越高,各峰值對應的角度也逐漸提前;火焰發(fā)展期、未燃甲醇排放質(zhì)量及SOOT排放質(zhì)量隨著噴油正時的提前呈遞減趨勢,NO_X排放質(zhì)量隨著噴油正時的提前逐漸增加。噴油正時在110°CA BTDC時兩火花塞附近能夠形成良好的濃度梯度。穩(wěn)態(tài)工況下,缸內(nèi)壓力及氣缸溫度的峰值隨著點火正時的提前逐步增大;火焰發(fā)展期隨點火正時的提前呈遞增趨勢;未燃甲醇排放質(zhì)量隨著點火正時的提前逐漸減小,NO_X排放質(zhì)量隨著點火正時的提前逐步增大,SOOT排放質(zhì)量隨點火提前角的提前逐步減少。
【關鍵詞】：直噴甲醇發(fā)動機 雙火花塞點火 燃燒 排放 模擬
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK401
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-27
• 1.1 引言11-14
• 1.2 可替代燃料的簡介14-15
• 1.3 甲醇燃料的基本簡介及運用發(fā)展15-19
• 1.3.1 甲醇燃料的基本特性15-17
• 1.3.2 甲醇燃料應用中需要解決的問題17-18
• 1.3.3 甲醇燃料發(fā)展狀況18-19
• 1.4 雙火花塞點火技術研究現(xiàn)狀19-24
• 1.5 CFD仿真技術在發(fā)動機研究中的應用及發(fā)展24
• 1.6 本文主要研究內(nèi)容24-27
• 第2章 甲醇發(fā)動機模擬仿真平臺的建立及驗證27-39
• 2.1 甲醇發(fā)動機基本參數(shù)27-28
• 2.2 AVL-FIRE軟件相關功能介紹28-34
• 2.2.1 FIRE軟件基本物理控制方程28-29
• 2.2.2 FIRE軟件主要模型簡單介紹29-34
• 2.3 三維幾何模型的建立處理與邊界條件的設定34-36
• 2.3.1 幾何模型建立34-35
• 2.3.2 計算網(wǎng)格的劃分35-36
• 2.3.3 模型邊界條件設置36
• 2.4 仿真平臺硬件配置36-37
• 2.5 模型有效性驗證37
• 2.6 本章小結(jié)37-39
• 第3章 雙火花塞位置對甲醇發(fā)動機燃燒和排放的影響39-51
• 3.1 雙火花塞位置對直噴甲醇發(fā)動機缸內(nèi)燃燒的影響39-40
• 3.2 雙火花塞位置對直噴甲醇發(fā)動機火焰面密度的影響40-43
• 3.3 雙火花塞位置對直噴甲醇發(fā)動機溫度場的影響43-44
• 3.4 雙火花塞位置對直噴甲醇發(fā)動機未燃甲醇排放的影響44-46
• 3.5 雙火花塞位置對直噴甲醇發(fā)動機NO_X及SOOT濃度場的影響46-49
• 3.6 本章小結(jié)49-51
• 第4章 雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機冷啟動工況燃燒和排放仿真研究51-77
• 4.1 不同噴油正時對雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機冷啟動燃燒和排放的影響51-60
• 4.1.1 不同噴油正時對雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機混合氣濃度場及速度場的影響53-55
• 4.1.2 不同噴油正時對雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機火焰面密度的影響55-56
• 4.1.3 不同噴油正時對雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機溫度場的影響56-57
• 4.1.4 不同噴油正時對雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機NO_X和SOOT濃度場的影響57-60
• 4.2 不同點火正時對雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機冷啟動燃燒和排放的影響60-69
• 4.2.1 不同點火正時對雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機混合氣濃度場及速度場的影響62-64
• 4.2.2 不同點火正時對雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機火焰面密度的影響64-65
• 4.2.3 不同點火正時對雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機溫度場的影響65-67
• 4.2.4 不同點火正時對雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機NO_X和SOOT濃度場的影響67-69
• 4.3 不同燃空當量比對單雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機冷啟動燃燒和排放的影響69-75
• 4.3.1 不同燃空當量比對單雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機火焰密度場的影響71-72
• 4.3.2 不同燃空當量比對單雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機溫度場的影響72-73
• 4.3.3 不同燃空當量比對單雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機NO_X和SOOT濃度場的影響73-75
• 4.4 本章小結(jié)75-77
• 第5章 雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機穩(wěn)態(tài)工況燃燒和排放的仿真研究77-97
• 5.1 不同噴油正時對雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機穩(wěn)態(tài)工況燃燒和排放的影響77-86
• 5.1.1 不同噴油正時對雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機混合氣濃度場及速度場的影響78-80
• 5.1.2 不同噴油正時對雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機火焰面密度的影響80-82
• 5.1.3 不同噴油正時對雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機溫度場的影響82-83
• 5.1.4 不同噴油正時對雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機NO_X和SOOT濃度場的影響83-86
• 5.2 不同點火正時對雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機穩(wěn)態(tài)工況燃燒排放影響86-95
• 5.2.1 不同點火正時對雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機混合氣濃度場及速度場的影響87-90
• 5.2.2 不同點火正時對雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機火焰面密度的影響90-91
• 5.2.3 不同點火正時對雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機溫度場的影響91-92
• 5.2.4 不同點火正時對雙火花塞點火直噴甲醇發(fā)動機NO_X和SOOT濃度場的影響92-95
• 5.3 本章小結(jié)95-97
• 第六章 全文總結(jié)及工作展望97-99
• 6.1 全文總結(jié)97-98
• 6.2 工作展望98-99
• 參考文獻99-105
• 致謝105

【參考文獻】

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本文編號：839030