增压中冷柴油机废气再循环系统的模拟研究

论文摘要

随着社会的进步和现代工业的飞速发展，能源和环境问题越来越得到关注。现在世界各地都制定和实施了严格的排放法规，这对内燃机技术也提出了越来越高的要求。在柴油机中，氮氧化物（NOX）的排放约占总排放物的53%。因此，对氮氧化物的控制十分重要。本文针对Perkins150Ti系列增压中冷柴油机应用EGR系统降低Nox排放进行了模拟研究，主要进行了以下几方面工作：（1）分析了增压柴油机采用EGR技术的可行性方案，决定采用高压回路，即从涡轮机前将废气引出进入到压气机和中冷器后。为保证废气能顺利的引入进气管，采用文丘里管作为进气降压装置。（2）通过CFD软件对文丘里管进行结构优化和多缸机各缸EGR分配均匀性模拟。通过结构优化得到了最佳的文丘里管结构；对多缸机的稳态和瞬态模拟结果表明各缸之间的废气分布基本均匀。（3）分析了在不同负荷和转速下不同EGR率对柴油机经济性、动力性和排放性的影响；模拟研究了各工况下最佳EGR率的研究。通过十三工况的模拟研究和台架实验表明，采用增加废气再循环系统后增压中冷柴油机可以满足欧四对NOx和SOOT的限制要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1-1 研究背景
• §1-2 废气再循环（EGR）技术
• 1-2-1 NOX、SOOT 生成机理
• 1-2-2 EGR 进气方式的选择
• 1-2-3 EGR 率的计算方法
• §1-3 国内外废气再循环（EGR）系统的发展
• 1-3-1 国外废气再循环（EGR）系统的发展
• 1-3-2 国内废气再循环（EGR）系统的发展
• §1-4 排放法规
• 1-4-1 国外排放法规的发展
• 1-4-2 国内排放法规的发展
• §1-5 内燃机燃烧过程模拟计算及应用
• 1-5-1 内燃机数值模拟发展
• 1-5-2 模拟软件介绍
• §1-6 本课题主要内容及意义
• 第二章 数值模拟基本理论
• §2-1 BOOST 模型基本理论
• 2-1-1 热力基本方程
• 2-1-2 燃烧模型
• 2-1-3 排放模型
• §2-2 FIRE 模型基本理论
• §2-3 本章小结
• 第三章 增压中冷柴油机EGR 进气系统设计
• §3-1 增压中冷柴油机EGR 进气系统
• §3-2 文丘里管结构优化
• 3-2-1 进排气压差
• 3-2-2 文丘里管理论计算
• 3-2-3 文丘里管基于三维数值计算的结构优化
• 3-2-4 文丘里管计算结果分析
• 3-2-5 实验验证
• §3-3 多缸EGR 分配均匀性的数值分析
• 3-3-1 多缸EGR 系统三维模型
• 3-3-2 多缸EGR 分配均匀性计算结果分析
• §3-4 本章小结
• 第四章 EGR 增压中冷柴油机模拟与实验研究
• §4-1 带EGR 增压中冷柴油机BOOST 模型
• §4-2 EGR 率对发动机性能和排放的影响
• 4-2-1 EGR 率对低负荷时发动机性能和排放的影响
• 4-2-2 EGR 率对中负荷时发动机性能和排放的影响
• 4-2-3 EGR 率对高负荷时发动机性能和排放的影响
• §4-3 ECE R-49 十三工况模拟研究
• §4-4 EGR 率MAP 图的确定
• §4-5 柴油机台架实验
• 4-5-1 发动机台架及所用测量仪器
• 4-5-2 实验方法
• 4-5-3 结果分析
• §4-6 本章小结
• 第五章 论文总结与展望
• §5-1 全文总结
• §5-2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果