柴油机排放计算方法的改进与误差因素分析

论文摘要

柴油机是一种应用广泛的动力机械,其排出的废气污染环境,并对人体有害。许多法规对柴油机排放都作了限制。柴油机排气组分测试计算非常重要,精准的测试计算可为评价柴油机排气组分排放水平,提供有力的保证。本文对柴油机排气排放的计算方法进行了研究,就几种不同用途的柴油机排放规律进行了计算分析,并对测试误差进行了讨论。获取柴油机排气流量的方法主要有两种:一种是直接测量排气流量,一种是通过测量进气流量和燃油流量或测取排气组分浓度和燃油流量,间接计算出柴油机的排气流量。后者最常用的计算方法就是简单C平衡法和通用C-O平衡法。这两种方法是通过测取燃油成分、燃油流量、排气组分浓度,然后根据简单C平衡或C-O平衡的思想,计算出柴油机的排气流量,进而计算出排气组分比排放。GB/T8190.1-1999中给出的简单C平衡法不适用于燃油中含N、O成分的情况,且忽略了进气中H2O（水蒸汽）对排气流量计算的影响,通用C-O平衡法忽略了进气中Ar和CO2,且存在错误。本文对简单C平衡法和通用C-O平衡法进行了重新推导,提出了改进的计算方法,从理论上改善了计算精度,并扩大了适用范围。分析MAN B&W 5S50 MC柴油机计算实例,使用简单C平衡法进行计算时,燃油N、O成分对每kg燃油理论空气量、过量空气系数和排气流量的计算都有影响。使用通用C-O平衡法计算排气流量时,进气中的Ar和CO2对计算值产生约3%的误差,不能忽略。简单C平衡法和通用C-O平衡法计算得到的排气组分比排放吻合较好。计算分析某船用V型柴油机不同试验模式的排气组分比排放发现,各工况的排气组分比排放有较大差别,且呈现出一定规律。对某车用柴油机进行排放测试计算,通过误差分析发现,燃油成分、燃油流量、柴油机功率和排气组分浓度的测量误差对排气组分比排放计算有影响。本文提出的计算方法,能够准确计算柴油机排气组分比排放,对柴油机排放测试及降低柴油机排放等研究工作具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 柴油机排气的成分及危害
• 1.2 柴油机排气组分生成机理及影响因素
• 1.3 柴油机排放限制标准的现状及发展趋势
• 1.3.1 车用发动机排放的限制
• 1.3.2 船用发动机排放的限制
• 1.4 柴油机排放控制技术
• 1.5 本文主要研究内容和意义
• 第2章 柴油机排放测试
• 2.1 试验发动机的要求
• 2.1.1 发动机进气系统
• 2.1.2 发动机排气系统
• 2.1.3 发动机冷却系统
• 2.1.4 试验用润滑油
• 2.1.5 试验用燃油
• 2.1.6 发动机试验状况参数及试验的有效性
• 2.2 测试设备的原理
• 2浓度的测量'>2.2.1 CO和CO₂浓度的测量
• 2.2.2 HC浓度的测量
• x浓度的测量'>2.2.3 NO_x浓度的测量
• 2浓度的测量'>2.2.4 O₂浓度的测量
• 2.2.5 柴油机有效功率的测量
• 2.2.6 柴油机燃油流量的测量
• 2.3 柴油机排放测量项目和仪器设备要求
• 2.3.1 取样探头和取样管
• 2.3.2 测量仪器和分析系统的要求
• 2.3.3 排气组分浓度分析仪的校准
• 2.3.4 测功器的校准
• 2.4 本章小结
• 第3章 柴油机排放计算方法
• 3.1 简单C平衡法
• 3.1.1 特性参数
• v:EAFEXH）'>3.1.2 过量空气系数（l_v:EAFEXH）
• 3.1.3 湿排气质量流量（GEXHW）
• 3.1.4 排气组分浓度的干湿转换
• x湿浓度的环境空气湿度和温度修正（KHDIES）'>3.1.5 NO_x湿浓度的环境空气湿度和温度修正（KHDIES）
• GAS)'>3.1.6 湿排气组分质量流量(M_GAS)
• 3.2 通用C-O平衡法
• 3.2.1 C平衡
• 3.2.2 O平衡
• 3.2.3 湿排气密度
• 3.2.4 排气组分和湿排气质量流量
• 3.3 排气组分流量计算流程
• 3.4 本章小结
• 第4章 简单C平衡法和通用C-O平衡法实例分析
• 4.1 MANB&W5S50MC柴油机参数及排放测试数据
• 4.2 简单C平衡法计算分析
• 4.2.1 理论空气量STOIAR和过量空气系数lv计算值的比较
• 4.2.2 燃油特性系数FFH计算值的比较
• 4.2.3 主要排气组分浓度计算值的比较
• 4.2.4 GAIRD和GEXHW计算值的比较
• 4.3 通用C-O平衡法计算分析
• 4.3.1 H平衡推导错误对计算结果的影响
• 2对计算结果的影响'>4.3.2 忽略进气中CO₂对计算结果的影响
• 4.3.3 忽略进气中Ar对计算结果的影响
• 4.4 简单C平衡法与通用C-O平衡法比排放计算分析
• 4.4.1 简单C平衡法六种算法比排放计算结果比较
• 4.4.2 简单C平衡法与通用C-O平衡法比排放计算结果比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 柴油机排放规律分析
• 5.1 不同法规定义的试验模式
• 5.1.1 ISO排放试验模式
• 5.1.2 欧洲排放试验模式
• 5.1.3 MARPOL船用柴油机排放试验模式
• 5.2 某船用V型机不同试验模式的排放分析
• 5.2.1 不同工况比排放规律分析
• 5.2.2 四种模式下的比排放比较
• 5.3 本章小结
• 第6章 排放测试误差对比排放计算结果的影响
• 6.1 结合实测进气计算与简单C平衡法计算比排放误差分析
• 6.2 排放测试误差对比排放的影响
• 6.2.1 燃油成分
• 6.2.2 燃油质量流量
• 6.2.3 排气组分浓度
• 6.2.4 功率
• 6.3 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 研究结论
• 7.2 问题及展望
• 参考文献
• 附录Ⅰ 欧洲排放法规
• 附录Ⅱ 本文符号及意义
• 附录Ⅲ 某V型柴油机不同模式下实测参数
• 附录Ⅳ 不同法规定义的试验模式
• 致谢
• 研究生履历