汽油机富氧燃烧试验及数值模拟研究

论文摘要

能源与环保是现代社会发展的两大主题,汽车行业的迅猛发展不仅加快了世界有限能源的消耗,也造成了严重的环境污染。为了缓解能源压力,降低尾气排放污染,汽车工作者致力于高效、低污染燃烧技术的研究,其中富氧燃烧技术以其优越的节能和环保效应,成为当前关注的热点之一,但国内在这方面的研究较少。本论文以试验和数值模拟为主要技术手段,综合研究富氧燃烧对汽油机动力性能、经济性能、燃烧特性以及排放特性的影响。结合国内外研究现状和理论分析,选取试验O2（氧气）浓度为21%、23%、25%、27%和29%,设计富氧进气试验装置,测试了O2浓度对汽油机示功图、放热率、功率、转矩、油耗、有害排放的影响。结果表明:随着进气中O2浓度的提高,峰值压力、放热率、功率、转矩均明显升高;峰值压力发生时刻和峰值放热时刻提前;油耗下降,同时实现了经济性和动力性;CO（一氧化碳）和HC（碳氢化合物）排放量显著下降,在冷起动阶段尤为明显,但是NOx（氮氧化物）排放显著升高。综合以上因素,本文研究了最佳富氧浓度问题。建立了针对富氧燃烧汽油机的准维湍流模型（包括工质特性计算模型、传热模型、湍流火焰传播的分型模型、几何模型及NO排放模型）,研究在最佳富氧浓度时的性能优化。比较燃烧模型计算结果和实测数据,验证了模拟计算方法的可靠性。以此为据,探讨点火提前角、压缩比、火花塞位置对富氧燃烧汽油机性能的影响,通过优化富氧燃烧汽油机的运行参数,保障富氧燃烧汽油机具有较低的排放、良好的可靠性和经济性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 富氧燃烧的节能和环保效应
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文研究内容
• 2 富氧燃烧汽油机的性能研究
• 2.1 试验台架布置与试验方法
• 2.1.1 试验台架布置与测量仪器
• 2.1.2 试验内容与方法
• 2.2 富氧燃烧对汽油机缸内燃烧情况的改善
• 2.2.1 示功图的测录
• 2浓度对缸内燃烧过程的影响'>2.2.2 O₂浓度对缸内燃烧过程的影响
• 2.3 富氧燃烧对汽油机动力性能和经济性能的改善
• 2浓度对转矩的影响'>2.3.1 O₂浓度对转矩的影响
• 2浓度对功率的影响'>2.3.2 O₂浓度对功率的影响
• 2浓度对油耗率的影响'>2.3.3 O₂浓度对油耗率的影响
• 2.4 富氧燃烧对汽油机排放特性的影响
• 2.4.1 富氧燃烧对汽油机稳态排放的影响
• 2.4.2 富氧燃烧对汽油机冷起动排放的影响
• 2.5 本章小结
• 3 富氧燃烧汽油机燃烧与排放模型
• 3.1 燃烧模型的选择
• 3.2 燃烧模型的基本微分方程
• 3.3 富氧燃烧模型的子模型
• 3.3.1 工质特性计算
• 3.3.2 缸壁传热计算
• 3.3.3 湍流火焰传播的分形模型
• 3.3.4 几何模型
• 3.4 NO排放模型
• 3.5 本章小结
• 4 计算程序与结果分析
• 4.1 计算程序与计算流程
• 4.1.1 程序结构与计算流程
• 4.1.2 初值确定与工作区间划分
• 4.1.3 计算结果
• 4.2 模型验证
• 4.3 变参数性能预测
• 2浓度'>4.3.1 改变O₂浓度
• 4.3.2 改变点火提前角
• 4.3.3 改变压缩比
• 4.3.4 改变火花塞位置
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢