TBD234柴油机缸内燃烧模拟及排放预测

论文摘要

随着全球环境的日益恶化和人们环保意识的逐渐加强,船舶柴油机的有害排放对大气环境造成的污染己引起国际社会的广泛关注,控制船舶柴油机有害气体排放的要求日益强烈。柴油机的诸多优点,使之成为最主要的船舶主机,这种状况在未来的20年或更长的时间内,不会有明显的变化。降低柴油机排放物中的NO x和PM一直是改善柴油机排放的核心问题,缸内燃烧的优化则是解决排放问题的关键因素,而柴油机燃烧过程是一个十分复杂而多变的物理、化学过程,对缸内燃烧过程的研究除传统的试验方法外,建立在试验基础上的内燃机燃烧过程的数值模拟也是一项强有力的措施。本文从改善柴油机燃烧特性着手,以船用柴油机TBD234为研究对象,借助于奥地利AVL公司的FIRE软件,对柴油机缸内气流运动过程、喷雾过程和燃烧过程进行数值模拟,深入了解缸内燃烧机理。通过对缸内数值模拟结果进行效验,得到不同曲轴转角下缸内流场、喷雾场、温度场以及排放物浓度分布情况。本文通过计算模拟,主要考察了不同的喷油器孔径、喷油正时、EGR率、进气温度对缸内燃烧及排放特性带来的影响;针对缸内流场的形成过程,本文还另外设计了两个与原燃烧室形状差异较大的燃烧室,通过计算模拟结果,着重分析了燃烧室结构对缸内流场的变化、燃油浓度及温度的分布等特性带来的影响,对燃烧室形状的设计开发具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 船用柴油机的发展及面临的问题
• 1.1.1 船舶柴油机与环境
• 1.1.2 船用柴油机 NOx排放的限制
• 1.2 柴油机排放物生成机理及其优化途径
• 1.2.1 排放物的生成机理
• 1.2.2 控制排放物的主要措施
• 1.3 课题研究的方法
• 1.3.1 燃烧模拟的意义
• 1.3.2 燃烧模拟的发展
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第二章 柴油机缸内燃烧数学模型及选择
• 2.1 气相湍流流动模型
• 2.1.1 湍流及模拟方法
• 2.1.2 湍流流动的基本方程
• 2.2 喷雾模型
• 2.2.1 液滴蒸发模型
• 2.2.2 液滴破碎分裂模型
• 2.2.3 碰壁模型
• 2.2.4 液滴湍流扩散模型
• 2.3 燃烧模型
• 2.3.1 着火模型
• 2.3.2 湍流燃烧模型
• 2.3.3 NOx 生成排放模型
• 2.3.4 碳烟生成模型
• 2.4 数值求解
• 2.5 本章小结
• 第三章 缸内燃烧过程仿真建模及试验验证
• 3.1 计算网格的划分
• 3.1.1 TDC 时刻燃烧室网格的划分
• 3.1.2 燃烧室动网格的生成
• 3.2 计算初值的确定
• 3.3 计算结果分析
• 3.3.1 模型校验
• 3.3.2 NOx 及 Soot 排放物分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 喷油系统及进气初态对缸内燃烧的影响
• 4.1 喷油孔径对燃烧过程的影响
• 4.1.1 喷油孔径对缸内各场分布的影响
• 4.1.2 喷油孔径对柴油机性能的影响
• 4.2 喷油提前角对燃烧过程的影响
• 4.2.1 喷油提前角对缸内各场分布的影响
• 4.2.2 喷油提前角对柴油机性能的影响
• 4.3 EGR 对燃烧过程的影响
• 4.3.1 EGR 对缸内各场分布的影响
• 4.3.2 EGR 对柴油机性能的影响
• 4.4 进气温度对燃烧过程的影响
• 4.4.1 进气温度对缸内各场分布的影响
• 4.4.2 进气温度对柴油机性能的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 燃烧室形状对缸内燃烧的影响
• 5.1 无喷雾时不同燃烧室气流的形成
• 5.2 不同燃烧室内各场的分布
• 5.2.1 燃烧室形状对速度分布的影响
• 5.2.2 燃烧室形状对燃油分布的影响
• 5.2.3 燃烧室形状对温度分布的影响
• 5.2.4 燃烧室形状对排放物分布的影响
• 5.3 燃烧室形状对柴油机性能的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢