柴油/乙醇燃料发动机缸内燃烧过程的数值模拟

为了研究柴油/乙醇燃料的缸内燃烧过程和污染物生成过程,采用正庚烷、多环芳香烃和NOX生成的化学反应动力学机理表征柴油燃料,柴油简化机理与乙醇简化机理对接后,与三维CFD软件-KIVA进行耦合计算.结果表明,模拟得到的缸内压力曲线与实验值吻合良好;乙醇较高的汽化潜热值使得缸内燃烧温度有所降低,可减少NOX排放;乙醇可以有效提高缸内油-气混合的均匀程度,其含氧特性增加了缸内的氧浓度,使碳烟粒子与氧的碰撞机会增大,抑制了碳烟形成.     

改性生物柴油碳烟与NOx排放试验

针对生物柴油氧化安定性较差、NOx排放偏高的情况,添加抗氧化剂(BHA)对生物柴油进行燃料改性,分析了抗氧化剂对生物柴油氧化安定性的影响,讨论了改性前、后生物柴油粘度随温度的变化规律。测量了高压共轨柴油机燃烧改性生物柴油的排放污染物随转速、负荷的变化规律。探讨了抗氧化剂改善生物柴油碳烟、NOx排放的作用机理。研究结果表明:燃料改性后,生物柴油的氧化安定性大幅度提高,燃油粘度略有降低;发动机的碳烟、NOx排放均明显下降,特别是在中、高负荷时效果显著;燃烧过程中抗氧化剂抑制了脂肪酸长链分子的高温裂解,促进了自由基的淬熄效应,由此改变了碳烟与NOx排放之间此消彼长的关系。     

生物柴油混合燃料燃烧并行数值模拟

采用基于MPI的并行算法,以k-ε湍流模型为基础,对生物柴油混合燃料的燃烧过程进行了数值模拟计算,讨论了并行计算的加速比,并将计算结果与柴油的燃烧情况进行比较。结果表明:混合燃料的燃烧效果与纯柴油相似,NO排放没有明显升高,可以作为柴油的替代燃料使用。     

生物制气-柴油双燃料发动机三维燃烧模拟

以引燃柴油喷雾混合、燃烧化学反应机理、湍流运动、NOx预测模型、初始及边界条件设定和计算网格划分为主要内容,建立了生物制气-柴油双燃料发动机的三维燃烧模型.生物制气由气化炉热解气化各种农林废弃的生物质产生,双燃料发动机由单缸、四冲程、水冷、直喷式柴油机改装,生物制气通入发动机进气管,在进气过程中吸入气缸,由柴油引燃.计算了多个工况双燃料发动机的燃烧过程及NOx排放,并与机刨花热解制气双燃料发动机试验结果进行对比分析.结果表明气缸压力及NOx排放计算结果与试验结果吻合较好.     

豆油甲酯燃烧特性与热电偶颗粒测量法试验研究

基于热电偶颗粒测量法,研究多种掺混比例下豆油甲酯的燃烧特性,分析了不同分区火焰的温度特征,并且计算得到了燃烧后的碳烟质量流量;研究了在开式常温常压条件下,豆油甲酯燃烧和碳烟排放的变化规律.研究结果证明:随着豆油甲酯在0#柴油中体积份额的增加,主反应区火焰温度逐渐上升,而碳烟质量流量随之下降.试验和计算为揭示生物柴油的燃烧和排放规律,提供了新的方法和重要的参考.     

生物油/柴油乳化燃料的燃烧特性

为了研究生物油/柴油乳化燃料的燃烧特性,利用非离子表面活性剂复配,对热解生物油/柴油混合液进行了乳化,测量了乳化燃料的密度、热值、动力黏度及pH值。在SD1110型柴油机台架上进行4种不同配比的生物油/柴油乳化燃料的发动机台架试验,得出了柴油机燃用生物油/柴油乳化燃料和纯柴油的负荷特性和排放特性曲线,并且对乳化燃料和纯柴油的排放特性进行了对比。研究结果表明：生物油体积分数为20%的乳化燃料当量油耗率最低,乳化燃料CO的排放高于柴油的排放,且生物油含量越高CO排放越大,而乳化燃料的NO及碳烟的排放则优于纯柴油的排放。由于生物油/柴油乳化燃料的理化特性与柴油接近,可以作为普通柴油机的燃油使用。     

柴油机燃用不同替代燃料的燃烧与排放特性分析

在一台增压发动机上分别进行了燃用生物柴油和二甲醚的燃烧和排放试验研究。研究结果表明:增压发动机在高负荷下燃用生物柴油和二甲醚时,预混合燃烧不明显,出现扩散燃烧单峰的燃烧规律,生物柴油燃烧的单峰规律更明显。与生物柴油相比,二甲醚的缸内压力峰值、压力升高率幅值和放热率峰值均降低;NOx排放大幅下降,HC排放和CO排放升高,碳烟排放和燃油消耗率降低。     

车用柴油机燃用混合替代燃料的试验研究

摈弃了传统的以常规angguim iudrop had reached 50%柴油为基础油的掺混方法,而直接将生物柴油和F-T柴油进行掺混,并将其混合燃料应用于4100QBZL柴油机上.在未对原机做任何改动的情况下,研究了该机燃用不同体积配比混合燃料时的动力性、经济性及NOx和烟度排放性能.研究表明:与0#柴油相比,该机的动力性稍有下降,燃油消耗率上升;燃油消耗率和NOx#放均随着生物柴油掺混比例的增大而升高;碳烟排放显著下降,较0#柴油的降低幅度高达52%;低比例的混合燃料对NOx排放和碳烟排放的trade-off关系有明显改善;生物柴油与F-T柴油混合燃料宜在较低的生物柴油掺混比例范围内使用.     

生物柴油放热规律预测模型与试验分析

用燃烧生物柴油的直喷式柴油机示功图数据,计算了生物柴油的放热规律,并应用双韦伯函数对标定转速和最大转矩转速的生物柴油放热规律进行了拟合。在此基础上,提出了生物柴油放热规律的双韦伯函数的修正参数,建立了不同配比混合燃料的双韦伯函数修正系数,对其他工况的生物柴油及混合燃料的放热规律进行了预测。预测结果表明:生物柴油比例高的混合燃料的燃烧始点、最大放热率、放热第二峰值有所提前,其中预混合燃烧阶段的燃烧峰值较小,扩散燃烧阶段的放热峰值较大,预混合燃烧期缩短。     

EVA对燃料性质及柴油机性能和排放的影响

研究了乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)作为含氧燃料添加剂对燃料性质、柴油机性能和排放的影响。在同一台内燃机车上分别用纯柴油和加0．1％EVA的柴油样品试验，并测定了发动机性能、燃烧特性和各种有害排放物的浓度。结果表明，EVA对降低内燃机排放中的HC、CO化合物和碳烟等有害物质，特别是降低碳烟、HC排放作用显著，随着柴油机负荷增加，碳烟、HC排放浓度降低幅度增大。     

基于JPDF方法的喷雾湍流燃烧数值模拟

将速度-标量-频率联合概率密度函数JPDF输运方程方法应用于两相喷雾湍流反应流问题,利用火焰面模型解耦流动和化学反应动力学的耦合关系,建立相应的数值计算模型。采用Monte-Carlo数值计算方法,针对文献中以甲醇为燃料所进行的湍流喷雾燃烧值班火焰这一试验进行了数值模拟,通过与Fluent下的计算结果及试验结果的对比分析,验证了所建模型的准确性。     

F-T柴油引燃甲醇均质混合气的HCII燃烧特性研究

以F-T柴油为基础燃料,采用进气道喷甲醇的方式,在增压中冷柴油机上进行二元燃料的HCII燃烧试验。通过试验探究HCCI燃烧模式对F-T甲醇柴油机的燃烧特性、动力性、经济性和排放性的影响,以及滞燃期对混合燃料缸内燃烧状态的影响。试验结果表明:在燃烧特性方面,F-T/甲醇柴油组合燃料的滞燃期较长,放热峰值增大;在动力性方面,F-T柴油和F-T/甲醇柴油组合燃料的输出功率和输出转矩相差不大,略低于0#柴油;在燃油经济性方面,M5、M10、M15三种F-T/甲醇组合燃料的油耗率依次降低,M15的替代比最高,燃油经济性最好;在减排方面NOX和碳烟排放得到明显改善。     

基于JPDF方法的喷雾湍流燃烧数值模拟

将速度-标量-频率联合概率密度函数JPDF输运方程方法应用于两相喷雾湍流反应流问题,利用火焰面模型解耦流动和化学反应动力学的耦合关系,建立相应的数值计算模型.采用Monte-Carlo数值计算方法,针对文献中以甲醇为燃料所进行的湍流喷雾燃烧值班火焰这一试验进行了数值模拟,通过与Fluent下的计算结果及试验结果的对比分析,验证了所建模型的准确性.     

基于分形理论的双燃料发动机Nox排放模拟计算

在双区喷雾卷吸模型的基础上,建立了一个基于皱折火焰面分形理论的双燃料发动机准维模型,来描述双燃料发动机气缸内的湍流燃烧、火焰传播速度等燃烧现象以及排放性能,其中包括滞燃期子模型、喷雾卷吸子模型、燃烧和火焰传播子模型.利用该模型,对一台生物制气-柴油双燃料发动机燃烧过程进行了模拟计算,预测双燃料发动机的NOx排放特性.预测计算结果与实测值的相对误差小于5%.供油提前角提前,生物制气-柴油双燃料发动机NOx排放量增加;相同工况下引燃柴油量减小时,NOx排放量减小.     

直喷式柴油机燃用生物柴油混合燃料试验研究

进行了295T型直喷柴油机燃用掺入不同比例生物柴油的混合燃料的试验研究.试验结果表明:掺烧生物柴油发动机转矩和功率略有下降,燃油消耗率增加,HC排放量显著减少,NOX排放量略有增加,CO、烟度在中低负荷阶段无明显变化,在高负荷阶段CO、碳烟排放显著减少.随着掺烧生物柴油比例的增加,CO以及HC、碳烟排放量有下降趋势,NOx排放量增加.     

柴油机燃用F-T柴油/生物柴油混合燃料的燃烧及排放特性

为探究生物柴油对柴油机燃用F-T柴油燃烧过程和排放性能的影响,配制F-T柴油/生物柴油混合燃料(B10F-T、B20F-T、B30F-T),在柴油机上进行试验。结果表明：随着生物柴油掺混比增大,缸内最大爆发压力逐渐增加。与F-T柴油相比,生物柴油掺混比分别为10%、20%、30%时,缸内最大爆发压力分别增加1.9%、5.1%、6.9%,对应的时刻轻微滞后,且放热始点后移,放热率峰值增大。生物柴油掺混比由0增加到30%,燃烧过程滞燃期延长1 ℃A,燃烧始点后移,燃烧持续期略微升高,由35.4 ℃A增加到36.1 ℃A,燃烧重心由4.8 ℃A后移到5.9 ℃A,缸内最大燃烧温度由1 872 K升高到1 951 K。在中高负荷时,碳烟排放随生物柴油掺混比增大而明显降低。在F-T柴油中掺混生物柴油可以有效地降低HC和CO排放,HC和CO排放随生物柴油掺混比增大几乎呈线性下降趋势。随着负荷继续增加,混合燃料的HC和CO排放均逐渐下降,在75%负荷时,与燃用F-T柴油相比,生物柴油掺混比分别为10%、20%、30%时,CO排放分别降低2.9%、7.8%、12.1%。在不同负荷工况下,随着生物柴油掺混比例的增加,NOX排放均呈上升的趋势,且在高负荷工况下NOX排放上升更加明显。     

柴油机掺烧生物柴油NOx和碳烟排放数值模拟

利用CFD软件FIRE v2008对186FA型柴油机燃用纯柴油和B20燃油时的燃烧过程进行NOx和碳烟的三维数值模拟,描述了两种燃油的NOx和碳烟生成规律和分布.通过实测示功图对比,验证了氮氧化物模型和碳烟生成模型的准确性.根据数值模拟结果对原柴油机燃用B20时的涡流比和喷油提前角进行了优化,并提出了能同时降低两种排放物的技术方案,涡流比2.7、供油提前角352.5°时,NOx和碳烟排放最优.     

直喷式柴油机燃用不同燃料的放热规律研究

本文使用MATLAB软件,开发了一种适合于直喷式柴油机的通用型放热规律计算程序。利用该程序计算了直喷式柴油机燃用柴油、生物柴油等的放热规律。在YZ4102ZLQ柴油机上实测了燃用柴油和生物柴油的示功图,对比分析了两种燃料的燃烧放热特性。     

生物柴油芳香烃类污染物的生成与分析

芳香烃是碳烟生成的重要前躯体物质,采用活性炭吸附管、玻璃纤维滤纸、XAD-2吸附管等对芳香烃类污染物进行了采集,运用色谱技术进行分离测定,考察了柴油机燃烧生物柴油时,不同工况下的芳香烃类污染物排放规律。构筑了包含PAHs生成过程的生物柴油化学反应动力学机理,分析了激波管燃烧条件下,过量空气系数、温度和压力对芳香烃生成的影响。研究结果表明,柴油机燃烧生物柴油时,排气中单环芳香烃的平均质量浓度远高于多环芳香烃。随着负荷的增加,排气中的芳香烃均呈先降后升的趋势,气相PAHs的质量浓度均高于颗粒相PAHs,颗粒相PAHs的质量浓度随着负荷的增加呈下降趋势,生物柴油燃烧产生的多环芳香烃中,三环菲的质量浓度最高;激波管燃烧条件下,生物柴油燃烧产生的多环芳香烃各组分按照峰值浓度的大小依次为萘、菲、芘,随着过量空气系数的提高,反应中间产物h、oh自由基增加,PAHs易被氧化为芳烃基或小分子芳香烃。随着初始温度的提高,反应始点提前,芳香烃各组分的峰值浓度出现在燃烧温度急剧上升的时刻;随着初始压力的提高,萘、菲的峰值浓度下降,四环芘的峰值浓度随着初始压力的提高而上升。     

电控共轨柴油机燃用生物柴油的试验研究

在一台电控共轨柴油机上,测量了柴油机燃用生物柴油和柴油两种燃料时,不同转速、不同负荷下的经济性和排放性指标.研究结果表明,不同转速下,整个负荷范围内生物柴油的燃油消耗率均高于柴油;在整个负荷范围内,生物柴油的NOx浓度均高于柴油;高负荷时,柴油的烟度约为1.3m-1,生物柴油的烟度仅为0.3m-1;生物柴油的热值较低,燃油消耗率高于柴油;生物柴油中氧的助燃特性有利于NOx的生成,生物柴油不含硫化物,碳烟排放低于柴油.