V型柴油机采用EGR系统的计算与试验研究

摘要

随着人们对能源危机和环境保护意识的加强,对柴油机性能和排放要求也越来越高。废气再循环技术(EGR)是目前柴油机降低NOx排放的一种有效手段,在国外已经成为一项比较成熟的技术并应用于柴油机上。本文以TBD234V12柴油机为基础,完成了增压柴油机的EGR系统的设计,研究了不同EGR系统对柴油机性能和排放的影响。
　　本文系统的论述了NOx的生成机理并进行了较为详细的分析,针对涡轮增压柴油机在高负荷时的平均进气压力高于平均排气压力,废气难以再循环到进气管中,设计了一套带有文丘里管结构的EGR系统。该系统可以在较小影响进气压力的前提下,将排气引入到进气管,实现废气再循环。并利用CFD软件建立了其计算模型并进行了模拟计算,通过对不同EGR率状态下的流场分析,验证了文丘里管的设计方案。
　　本文在原有增压柴油机台架基础上,通过选用合适的EGR阀和废气中冷器,完成了V型增压柴油机EGR系统试验台的设计与搭建。对不同工况点进行了EGR试验,通过调节EGR阀控制了EGR率的大小,为保证试验中柴油机工作的稳定性,EGR率控制在15％以内。通过对试验结果进行对比分析,从缸内工作过程和排放特性上研究了EGR对柴油机性能的影响。综合各参数随EGR率变化的趋势,得出试验工况点最佳的EGR率。
　　应用GT-Power软件建立了带EGR系统的V型增压柴油机仿真模型,按照柴油机螺旋桨特性选定了高中低不同仿真工况点,分别分析了压缩比和喷油定时对柴油机性能的影响,针对不同工况点确定了最优压缩比和喷油定时,通过对75%负荷缸内三个瞬时时刻的火焰区详细分析了NOx和Soot的生成机理。为研究不同EGR系统对柴油机性能的影响,利用仿真模型分别对EGR并联系统和串联系统进行了仿真计算,对仿真结果进行了对比分析,研究表明并联EGR系统能达到更高的EGR率,而串联EGR系统能在降低NOx排放的同时较小的影响柴油机的动力性和经济性能。故综合而言,带并联系统的EGR系统更适合该型柴油机的使用。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 降低NOx技术手段

1.3 EGR降低NOx排放机理

1.4 EGR研究现状和发展方向

1.5 V型增压柴油机EGR技术路线

1.6 本课题研究内容

第2章 柴油机工作过程计算模型

2.1柴油机缸内工作过程计算模型

2.2 缸内工作过程计算的边界条件

2.3 废气涡轮增压器计算模型

2.4 进排气系统计算模型

2.5 排放计算模型

2.6 本章小结

第3章 文丘里管EGR系统的设计

3.1文丘里管基本工作原理

3.2文丘里管设计原则和技术线路

3.3文丘里管EGR系统设计

第4章 带文丘里管EGR系统试验结果与分析

4.1试验对象及测量设备

4.2 EGR系统安装与试验

4.3 EGR对柴油机燃烧影响分析

4.4 EGR率对柴油机排放特性的影响结果分析

4.5 本章小结

第5章 EGR系统仿真与优化研究

5.1 EGR系统仿真模型的建立与验证

5.2 柴油机排放物生成研究与变参数优化分析

5.3 EGR系统方案的比较与优化分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录A文丘里管结构图

附录B排气旁通管结构图