柴油机掺烧二甲醚的性能及排放研究

论文摘要

本文首先通过对国内外能源状况的分析,认识到中国正面临着巨大的能源压力,其中石油资源不足、环境污染严重等问题尤显突出。因此,在发动机的使用上,除采用各种节能措施以更为有效地利用现有能源外,寻找新一代能源,则成为更加主动地减少对石油资源过分依赖的途径。二甲醚,作为发动机清洁的代用燃料,显示着其巨大的发展潜力,这正好符合我国国情,有利于充分有效地利用我国丰富的煤炭资源。目前,二甲醚在柴油机上的推广应用还处于研究阶段。而研究掺烧二甲醚的燃烧性能,对于开发和优化柴油机具有指导意义。本文系统地论述了缸内工作过程的三维数学模型和数值计算方法,并且运用了奥地利AVL公司的FIRE软件对CA498型柴油机实现几何模型的建立和网格划分及其网格生成,并对所选取的计算模型进行了验证;然后对掺烧不同比例二甲醚的发动机的气相流动过程、喷雾过程和燃烧过程等缸内过程进行了模拟计算,较详细地展示了缸内流场、喷雾发展形态、及其燃烧的温度场、浓度场。通过对柴油机掺烧不同比例DME气缸内压力、温度场、浓度场的比较,发现柴油机掺烧不同比例二甲醚后,燃烧柔和,这对减少燃烧噪音、降低机械负荷相当有利:由于二甲醚的分子结构中不存在C-C键,并且二甲醚的沸点低、易于汽化、形成的油束雾化质量高等特点,有利于抑制碳烟的生成和排放。同时,二甲醚还具有较高的十六烷值,着火性能良好,滞燃期短,预混燃烧量少,因此气缸内的最高燃烧压力和温度较低,从而能抑制NOx的生成。另一方面,二甲醚的汽化潜热值比柴油大,汽化过程要吸收大量热量,也使得缸内的温度下降,这在一定的程度上也抑制了NOx的生成。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外对燃用二甲醚的研究现状
• 1.2 二甲醚
• 1.3 内燃机工作过程数值模拟计算
• 1.4 FIRE软件简介
• 1.5 课题研究的现实意义
• 1.6 本文主要研究工作
• 第2章 直喷式柴油机的喷射和燃烧模型
• 2.1 气相湍流流动模型
• 2.1.1 湍流概述
• 2.1.2 描写湍流流动的基本守恒方程
• 2.1.3 湍流对流换热的雷诺应力时均方程
• 2.1.4 湍流模型
• 2.2 柴油机喷雾数值模拟模型
• 2.2.1 液滴蒸发模型
• 2.2.2 破碎模型—Wave模型
• 2.2.3 碰壁模型—Walljet模型
• 2.2.4 液滴湍流扩散模型
• 2.3 柴油机缸内燃烧模型
• 2.3.1 点火模型
• 2.3.2 湍流控制燃烧模型
• 2.3.3 NOx排放模型—扩充Zeldovich模型
• 2.3.4 碳烟生成模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 柴油机燃烧室几何模型的建立及其验证
• 3.1 直喷式柴油机缸内燃烧过程的数值计算
• 3.1.1 计算对象
• 3.1.2 几何模型的建立与网格划分
• 3.1.2.1 几何模型的建立
• 3.1.2.2 网格生成
• 3.1.3 计算初始参数的确定
• 3.2 计算模型的选取
• 3.2.1 缸内气体流动模型
• 3.2.2 燃油喷射和雾化模型
• 3.2.3 燃烧模型
• 3.3 计算模型的验证
• 3.4 缸内流动和燃烧过程的模拟
• 3.4.1 计算结果分析
• 3.4.2 缸内气流运动分析
• 3.4.3 温度场和浓度场分析
• 3.4.4 排放物浓度分布
• 3.5 本章小结
• 第4章 柴油机掺烧二甲醚的性能及燃烧特性
• 4.1 掺烧不同比例DME的计算结果对比
• 4.2 掺烧不同比例DME的温度场、浓度场对比
• 4.2.1 温度场对比
• 4.2.2 浓度场对比
• 4.3 掺烧不同比例DME对柴油机排放性能的影响
• x排放'>4.3.1 NO_x排放
• 4.3.2 soot排放
• 4.4 本章小结
• 第5章 全文总结及工作展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 对以后工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历