基于KIVA的柴油机常规排放物变参数研究
随着环境污染日益严重，排放法规越来越严格，如何能进一步降低柴油机排放成为现如今最重要的课题。柴油机以其高动力性和低燃油消耗率在动力装置方面得到广泛应用，柴油机的主要常规排放物有NOX，HC，CO和SOOT。由于计算科学的不断发展以及计算机运算能力的提高，数值模拟成为研究燃烧过程的重要手段。数值模拟耗时短，费用低，能获取大量试验无法得出的流场信息。 本文以KIVA软件为研究工具，应用KIVA软件中的前处理器对4102柴油机的燃烧室进行了网格划分，并确定了计算的初始参数和边界条件，然后进行了数值模拟计算，模拟结果和实验结果较为吻合，说明建立的燃烧模型真实可行。计算分析了不同EGR对柴油机燃烧和排放性能的影响，为了确定CO2、H2O和N2这三种气体对柴油机燃烧与排放的影响差别，分别用它们来弥补氧气量的减少以维持进气量的总量不变，进行了EGR率为3％，6%，9%三个工况的九组模拟计算。结果表明三种气体对柴油机缸内燃烧及HC、NOX、CO和SOOT污染物排放的影响大致相同：都是随着 EGR量增加，缸内最大爆发压力和最高燃烧温度呈下降的趋势，其峰值出现的位置越接近压缩上止点，且高温持续时间缩短，燃烧始点随着 EGR率的增大而后移；HC最终排放量也逐渐升高；NOX最终排放量显著下降；CO最终排放量随着EGR率的增大而减小；SOOT最终排放量随着EGR率的增大而增大；但最终数值却不尽相同，发现在废气再循环中起主要作用的还是它的稀释效应，而化学效应和热效应起的作用较小。计算分析了不同负荷对柴油机燃烧和排放性能的影响，发现随负荷的增加，缸内平均压力和温度会逐渐增大，其最大爆发压力和最高燃烧温度也随之增大，曲线最大值所对应的曲轴转角向后推迟；最终的HC、NOX、CO和SOOT污染物排放量也是随之增大。计算分析了不同喷油提前角对柴油机燃烧和排放性能的影响，发现缸内最大爆发压力和最高燃烧温度随着喷油提前角的增大而增大，且其峰值出现的位置越接近于压缩上止点，燃烧始点随着供油提前角的前移而提前，高温持续时间增长；HC的最终排放量随喷油提前角的增大而减小；N O X生成量也随之增大；CO的最终排放量也随喷油提前角的增大而增大；但SOOT的排放量则是减少的趋势。
柴油发动机;废气排放;燃烧过程;数值模拟
河北工业大学
硕士
动力机械及工程
张铁臣
2014
中文
TK421.5;TK421.2
95
2016-05-05（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）