本文關鍵詞：小型柴油機富氧燃燒試驗系統(tǒng)設計與燃燒特性研究

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【摘要】：富氧燃燒技術應用于柴油機時,不但可以增強動力性、降低油耗率,而且還能增加發(fā)動機升功率,同時大幅度降低碳煙的排放,對實現(xiàn)車輛的節(jié)能減排具有十分重要的意義。為此,國內外研究者對柴油機富氧進氣燃燒進行了積極探索,并取得了一系列實質性進展。本文嘗試采取臺架試驗研究和數值模擬計算相結合的方法探索進氣富氧對柴油機燃燒與排放特性的影響規(guī)律,為進一步研究富氧燃燒技術實際應用于柴油機提供參考�；谝慌_單缸、風冷直噴柴油機,自行設計了一個由發(fā)動機測試臺、進排氣系統(tǒng)和數據采集及處理系統(tǒng)三部分組成的小型柴油機富氧燃燒試驗系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的構建和調試工作完成后,在額定轉速變負荷工況下進行了長達兩小時的系統(tǒng)穩(wěn)定性測試。測試結果表明,該系統(tǒng)不僅具有操作簡便、運行穩(wěn)定、安全可靠等特點,還可以實現(xiàn)所有試驗數據的實時顯示、自動存儲及處理方便等要求。為研究進氣氧濃度在較寬范圍內變化時柴油機性能和排放的變化趨勢,應用上述試驗系統(tǒng)進行了進氣氧氣體積分數分別為21%、24%、27%和30%的富氧燃燒試驗。試驗在額定轉速3000 r·min-1,負荷分別為空載、中負荷和高負荷三種工況下進行。試驗結果表明:在氧氣體積分數在21~30%范圍內,隨著進氣氧濃度的提高,柴油機的比油耗出現(xiàn)先下降后上升的變化趨勢,但變化幅度小于1%。另外,排氣溫度略有升高,碳煙排放大幅度減少,但NO_x的排放增加,且近似呈線性增長�；贔IRE軟件,耦合包含PAH(多環(huán)芳香烴)的正庚烷簡化機理建立并驗證了柴油機燃燒室數值模型。在該模型上分別進行了進氣氧氣體積分數分別為21%、24%、27%和30%的富氧燃燒模擬計算,模擬與驗證試驗的工況均為柴油機最大轉矩點。結果表明:進氣氧濃度從21%提升30%過程中,燃燒室內壓力峰值升高3.32%,著火始點提前1.6deg,燃燒持續(xù)期和滯燃期縮短,缸內平均溫度峰值和壁面熱通量均有所增加,其中,氧氣濃度提升為24%時影響最為顯著。另外,通過分析碳煙生成的前驅物A1(苯)在缸內的濃度變化曲線可知,進氣氧濃度的提升對A1的生成具有明顯的抑制作用,碳煙的生成將大幅度下降,但富氧使燃燒更為充分,缸內燃燒溫度升高,高溫區(qū)域變大,NO的排放量大幅增加。
【關鍵詞】：小型柴油機 富氧燃燒 臺架設計 數值模擬 排放
【學位授予單位】：上海工程技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK421.2
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 選題背景及意義13-14
• 1.1.1 選題背景13
• 1.1.2 選題意義13-14
• 1.2 國內外的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.1 柴油機富氧燃燒技術的應用研究及進展14-15
• 1.2.2 富氧燃燒對柴油機燃燒過程的影響研究15
• 1.2.3 富氧燃燒對柴油機性能的影響研究15-16
• 1.2.4 控制富氧燃燒柴油機NO_x排放的研究16
• 1.3 柴油機NO_x和碳煙的生成機理16-19
• 1.3.1 NO_x的形成機理16-18
• 1.3.2 顆粒的形成機理18-19
• 1.4 課題來源和研究的主要內容19-21
• 1.4.1 課題來源19
• 1.4.2 研究主要內容19-21
• 第二章 小型柴油機富氧燃燒試驗系統(tǒng)的設計與構建21-32
• 2.1 引言21
• 2.2 試驗系統(tǒng)的總體設計21-23
• 2.2.1 試驗系統(tǒng)總體設計方案21-22
• 2.2.2 試驗系統(tǒng)總體構建22-23
• 2.3 發(fā)動機測試臺的設計及構建23-24
• 2.3.1 發(fā)動機測試臺的設計方案23-24
• 2.3.2 發(fā)動機測試臺的構建24
• 2.4 進氣排氣系統(tǒng)的設計及構建24-28
• 2.4.1 供氧系統(tǒng)25-26
• 2.4.2 進氣管路設計26-28
• 2.4.3 排氣管路設計28
• 2.5 數據采集及處理系統(tǒng)的設計及構建28-31
• 2.6 試驗系統(tǒng)穩(wěn)定性測試31
• 2.7 本章小結31-32
• 第三章 小型柴油機富氧燃燒特性的試驗研究32-40
• 3.1 柴油機富氧燃燒特性研究的試驗方法32-35
• 3.1.1 試驗樣機32
• 3.1.2 試驗方案32-35
• 3.2 富氧燃燒對小型柴油機性能的影響35-36
• 3.2.1 富氧燃燒對柴油機經濟性的影響35-36
• 3.2.2 富氧燃燒對柴油機排氣溫度的影響36
• 3.3 富氧燃燒對小型柴油機排放的影響36-38
• 3.3.1 NO_x排放分析37
• 3.3.2 碳煙排放分析37-38
• 3.4 本章小結38-40
• 第四章 柴油機富氧燃燒特性的數值研究方法40-50
• 4.1 內燃機數值模擬概述40-42
• 4.1.1 內燃機模擬的燃燒模型40-41
• 4.1.2 內燃機多維模擬的發(fā)展概況41-42
• 4.2 數值模擬軟件簡介42-44
• 4.2.1 CHEMKIN軟件介紹42-43
• 4.2.2 FIRE軟件介紹43-44
• 4.3 FIRE與CHEMKIN的耦合策略44-46
• 4.4 化學動力學模型的選取46
• 4.5 湍流和噴霧計算模型的選取46-48
• 4.5.1 湍流運動模型46-48
• 4.5.2 燃油噴霧模型48
• 4.6 本章小結48-50
• 第五章 柴油機富氧燃燒模型的建立與模擬結果分析50-66
• 5.1 燃燒模型的建立50-55
• 5.1.1 燃燒室模型的建立及網格劃分50-52
• 5.1.2 初始條件及邊界條件的確定52-53
• 5.1.3 耦合計算模塊設置53-54
• 5.1.4 計算模型的驗證54-55
• 5.2 進氣富氧對柴油機燃燒過程的影響55-61
• 5.2.1 進氣富氧對缸內壓力的影響55-56
• 5.2.2 進氣富氧對放熱過程的影響56-57
• 5.2.3 進氣富氧對燃燒持續(xù)期的影響57-59
• 5.2.4 進氣富氧對缸內平均溫度及壁面?zhèn)鳠釗p失的影響59-61
• 5.3 進氣富氧對柴油機排放的影響61-64
• 5.3.1 進氣富氧對NO排放的影響61-63
• 5.3.2 進氣富氧對碳煙排放的影響63
• 5.3.3 進氣富氧對CO排放的影響63-64
• 5.4 本章小結64-66
• 第六章 總結與展望66-69
• 6.1 全文總結66-67
• 6.1.1 主要結論66-67
• 6.1.2 主要成果及意義67
• 6.2 展望67-69
• 參考文獻69-73
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文 及取得的相關科研成果73-74
• 致謝74-75

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1 朱光俊,梁中渝,吳明全,鄧能運,張生芹;煤富氧燃燒對節(jié)能與環(huán)境的影響分析[J];工業(yè)加熱;2005年04期

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本文編號：895384