柴油机低温燃烧碳烟生成特性研究

作     者：王俊乐 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘杰

授予年度：2019年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：低温燃烧 碳烟生成过程 碳烟特性 颗粒数密度 颗粒直径 

摘      要：随着环境污染的加剧和排放法规的日益严格,低温燃烧方式因具有高效清洁燃烧的潜力而得到广泛研究。本文以探究柴油机低温燃烧碳烟生成特性为目标,以CONVERGE软件为数值计算工具,对柴油机低温燃烧碳烟生成特性进行模拟仿真研究,探究了不同燃烧控制参数对碳烟生成过程及颗粒特性的影响规律。主要工作和结论如下:本文采用气相化学反应动力学软件CHEMKIN-PRO对比分析了不同化学反应机理预测的滞燃期,层流火焰速度和中间组分浓度,并选取与实验值吻合较好的机理作为柴油燃料替代机理。然后分别对喷雾子模型,燃烧模型和碳烟生成及氧化模型进行了标定。开展了 EGR率对柴油机燃烧、排放及碳烟生成特性的研究。研究表明随EGR率的增加,碳烟生成质量降低,而碳烟颗粒数密度增加,碳烟颗粒平均直径呈先增加后减小趋势。碳烟排放是生成过程和氧化反应共同作用的结果,当EGR率小于50.0%时,碳烟氧化反应起主导作用;当EGR率大于50.0%时,碳烟生成过程占主导地位。开展了喷油提前角对柴油机低温燃烧碳烟生成特性的研究。研究表明随喷油提前角的增大,碳烟颗粒生成、氧化质量及颗粒数密度降低,碳烟颗粒平均直径减小,碳烟生成过程对碳烟排放的降低占主导作用。当喷油提前角为30°CABTDC时,能够同时减少NOx和碳烟排放质量。开展了不同进气门晚关角对柴油机低温燃烧碳烟生成特性的研究。研究表明随进气门晚关角的减小,柴油机有效压缩比降低,碳烟颗粒生成质量和颗粒数密度同时降低,碳烟颗粒平均直径减小。碳烟生成过程对碳烟排放的降低占主导作用。随进气门晚关角度的推迟,NOx和碳烟排放同时降低,当进气门晚关角为小于100℃CABTDC时,NOx和碳烟排放能够满足欧六排放法规的要求。开展了 EGR率、喷油提前角和进气门晚关角度多参数综合作用对柴油机碳烟生成特性的影响规律研究。结果表明:EGR、燃料早喷和进气门晚关均能够降低NOx排放,且影响程度递减;EGR增加了碳烟排放,燃料早喷和进气门晚关能降低碳烟排放,且燃料早喷的影响小于进气门晚关;燃料早喷、进气门晚关及EGR对成核过程、凝结过程、表面反应的影响程度递减,EGR、燃料早喷和进气门晚关等多参数综合作用能够有效的降低碳烟颗粒数密度、减小颗粒直径。