柴油机燃油喷射对燃烧排放影响的数值模拟研究
随着能源与环境问题的日益严峻，国际国内排放法规的日趋严格，柴油机的发展受到NOx和碳烟(Soot)排放高等因素的挑战。其中燃烧特性对其整机性能和污染物的排放起到了至关重要的作用。数值计算方法具有周期短、成本低、便于优化和信息量大等特点，广泛应用于发动机的研发，包括缸内燃烧过程的研究中。鉴于此，本文应用AVLFIRE三维仿真软件，对定容燃烧弹和真实柴油机缸内的燃烧过程进行了数值模拟，研究了不同参数对燃烧和NOx、Soot排放的影响，对改善柴油机燃烧特性、减少污染物排放，具有一定的理论意义和实践价值。
本文在回顾柴油机排放控制技术的发展、总结国内外柴油机工作过程数值模拟历史背景和研究进展的基础上，对燃烧排放计算中的湍流模型、喷雾模型、燃烧模型和排放模型做了系统的论述。并以美国Sandia国家实验室的定容燃烧弹为研究对象，建立起一种新的火焰浮起长度的判定方法，分析了不同破碎模型对燃烧弹中滞燃期和火焰浮起长度的影响。
对Argonne国家实验室的一款柴油机缸内燃烧及排放特性开展数值模拟，分析了不同形状喷油率曲线、喷油提前角对燃烧排放的影响。通过研究发现，本文提出的驼峰形喷油率曲线与原机型喷油率曲线动力性和NO排放接近，但是具有更好的经济性和更低的Soot排放。随着喷油时刻的提前，滞燃期增大，放热率峰值增加，燃油经济性提高，但压力升高率峰值增加，发动机工作变的粗暴，并且喷射时刻提前，NO排放增加，Soot排放减少。
研究了不同初始条件和边界条件对此柴油机燃烧排放的影响。通过分析得出:相比边界温度，初始气体温度对发动机燃烧排放的影响更为显著，两种温度的影响机理不同，不同的缸内初始气体温度产生的温度场类似，主要是通过混合气浓度场的不同来影响NO和Soot排放，而壁面温度不同时的混合气浓度场类似，则主要通过温度场的不同影响NO和Soot排。喷嘴位置下移，对缸内平均压力和Soot排放影响较小，放热率峰值降低，高温富氧区域减少，生成NO减少。
柴油机;燃烧排放;数值模拟;喷油率
江苏大学
硕士
动力机械及工程
何志霞
2013
中文
TK421.2
84
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）