混合燃料引燃预混合天然气模拟研究

摘要

随着汽车保有量不断增加，石油资源短缺和环境污染问题日益严重，寻找可供内燃机使用的清洁替代燃料成为了实现节能减排目标的一个重要方向。其中，天然气由于储量丰富，价格低廉，排放性能好等优点，已被广泛研究。正丁醇具有与柴油互溶性好、挥发性好和自身含氧等特点，与柴油掺混后引燃天然气，可以改善双燃料发动机的燃烧和排放性能。本文为了研究低负荷、中等负荷和高负荷下，正丁醇掺混比、燃烧相位（CA50）和EGR率对柴油/正丁醇混合燃料引燃天然气性能的影响，采用了数值模拟耦合燃烧机理的研究方法，并在研究过程中通过调整喷油时刻使燃烧相位固定。研究结果如下： （1）将燃烧相位固定在6°CA ATDC时，随着正丁醇掺混比的提高，滞燃期延长，燃烧持续期缩短。低负荷和中等负荷下，缸压峰值升高，放热率峰值先升高后降低，指示热效率逐渐提高。高负荷下，缸压和放热率峰值均逐渐升高，指示热效率先升高后降低。此外，三种负荷下，燃烧效率逐渐提高，CO、THC和soot排放逐渐降低，而NOx排放则有所增加。低负荷下，NOx排放对正丁醇掺混比变化的敏感度较低。 （2）随着燃烧相位的滞后，滞燃期先缩短后延长，低负荷和中等负荷下，燃烧持续期逐渐延长，指示热效率逐渐降低；而高负荷下，燃烧持续期先缩短后延长，B0和B10的指示热效率先升高后降低，B20和B30的指示热效率逐渐升高。此外，三种负荷下，NOx排放逐渐降低，而CO和soot排放逐渐升高。当相同燃烧相位时，使用较高的正丁醇掺混比，能在提高发动机指示热效率的同时，降低soot、THC和CO排放。 （3）随着EGR率的提高，滞燃期逐渐延长，燃烧持续期总体上也逐渐延长。EGR能大幅降低NOx排放，但也会使得CO、soot和THC排放增加。正丁醇掺混比越高，soot、CO和THC排放对EGR率的敏感度越低。柴油/正丁醇混合燃料能缓解由EGR引起的燃烧不完全和指示热效率降低问题。通过联合控制正丁醇掺混比、燃烧相位和EGR率，可以在NOx排放仅略有增加的前提下，实现较低的soot、CO和THC排放和较高的指示热效率。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 天然气和正丁醇燃料性质与特点介绍

1.3 天然气发动机概述

1.4 双燃料发动机研究现状

1.5 含氧燃料丁醇研究现状

1.6 本文研究的主要内容和意义

2 数值模拟平台的建立

2.1 研究对象

2.2 计算模型

（1）湍流模型

（2）喷雾模型

（4）燃烧机理

（5）排放模型

2.3 模型验证

2.4 本章小结

3 掺混比对柴油/正丁醇混合燃料引燃天然气的影响

3.1 掺混比对燃烧特性的影响

3.2 掺混比对排放特性的影响

3.3 本章小结

4 燃烧相位对柴油/正丁醇混合燃料引燃天然气的影响

4.1 燃烧相位对燃烧特性的影响

4.2 燃烧相位对排放特性的影响

4.3 本章小结

5 EGR对柴油/正丁醇混合燃料引燃天然气的影响

5.1 EGR对燃烧特性的影响

5.2 EGR对排放特性的影响

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

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