柴油機(jī)缸內(nèi)工作過程及低溫運(yùn)行排放控制研究.pdf

1、能源危機(jī)和環(huán)境污染是當(dāng)前人類所面臨的兩大問題。人們通過節(jié)約能源以及開發(fā)新能源來緩解能源危機(jī)，通過制定各種法律法規(guī)和采用新技術(shù)來降低污染物的排放。柴油機(jī)因其熱效率高、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)在各行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。但是柴油機(jī)在低溫環(huán)境運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生功率下降、油耗上升、排放惡化等問題，加劇了能源危機(jī)和環(huán)境污染，因此對(duì)柴油機(jī)的低溫性能研究顯得十分必要。本文對(duì)低溫環(huán)境運(yùn)行柴油機(jī)進(jìn)行缸內(nèi)燃燒過程組織及排放控制，旨在提高柴油機(jī)的動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)降低柴油機(jī)

2、的排放。 本文以4102ZLQ柴油機(jī)為研究對(duì)象，采用了模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，對(duì)柴油機(jī)標(biāo)定工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬，建立了柴油機(jī)噴霧、燃燒及排放生成模型，對(duì)柴油機(jī)的氣相流動(dòng)過程、噴霧過程和燃燒過程等缸內(nèi)過程進(jìn)行了模擬計(jì)算。在燃油噴霧混合模擬中，采用離散相液滴模型模擬燃油液滴的運(yùn)動(dòng)；實(shí)心圓錐體射流源和Rosin—Rammler分布來描述燃油的噴射，Wave Breakup模型模擬燃油液滴的破碎；O'Rourke隨機(jī)碰撞模型模擬液

3、滴的碰撞，并考慮了液滴與壁面碰撞的反彈和粘附；采用Hardenburg和Hase提出的公式計(jì)算滯燃期。湍流運(yùn)動(dòng)采用RNG(Renormalization Group Theory)κ—ε方程模擬，并采用壁面函數(shù)對(duì)壁面湍流進(jìn)行修正。燃燒計(jì)算中，將層流有限速率模型與渦耗散模型進(jìn)行結(jié)合來計(jì)算凈反應(yīng)速率；采用單步反應(yīng)來描述柴油的燃燒；將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，并以此為基礎(chǔ)對(duì)柴油機(jī)低溫工況進(jìn)行了較好的模擬。模擬結(jié)果較詳細(xì)地展示了缸內(nèi)流場(chǎng)、噴霧

4、發(fā)展形態(tài)、噴霧液滴的空間分布情況及其燃燒的溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)。著重分析了缸內(nèi)流場(chǎng)的演變規(guī)律、流動(dòng)的特點(diǎn)以及NOx、Soot的生成情況。通過模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比表明，所建立的三維燃燒模型可以較好地模擬柴油機(jī)的燃燒過程，預(yù)測(cè)柴油機(jī)的各項(xiàng)性能參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，利用三維燃燒模型，對(duì)柴油機(jī)低溫運(yùn)行工況進(jìn)行了模擬，分析了低溫環(huán)境時(shí)柴油機(jī)動(dòng)力性及排放性的下降因素并提出了改善措施。通過改變低溫環(huán)境時(shí)的進(jìn)氣壓力、噴油提前角來提高柴油機(jī)的動(dòng)力性能并降低排放

5、。研究結(jié)果表明：相對(duì)于常溫而言，低溫運(yùn)行時(shí)柴油機(jī)缸內(nèi)低溫區(qū)域分布較廣，不利于可燃混合氣的形成，從而使柴油機(jī)功率下降。在一定范圍內(nèi)，提高進(jìn)氣壓力可以改變壓縮終了溫度，為燃燒提供充足的氧，提高柴油機(jī)的動(dòng)力性。但隨著燃燒溫度的提高，柴油機(jī)的NOx排放升高，對(duì)Soot作用不顯著。噴油提前角是影響滯燃期的主要因素。噴油提前角大，滯燃期長(zhǎng)，預(yù)混合期內(nèi)燃燒的混合氣量多，柴油機(jī)的功率增大，預(yù)混合期內(nèi)缸內(nèi)溫度高，生成的NOx較多，擴(kuò)散燃燒期中碳煙生成量減