喷油规律对柴油机排放性能的影响研究

摘要

船舶柴油机排放的氮氧化物对海洋大气环境的影响日益严重,随着排放法规的逐步完善和日益严格,给船舶柴油机的发展带来了前所未有的挑战。柴油机喷油规律直接影响缸内混合气的形成、燃烧及排放污染物的生成,不同喷油规律下柴油机缸内压力、温度以及燃烧放热率等参数不同,而这些参数又直接关系到柴油机的动力性、经济性以及排放性。
　　本文在“广安博之燃烧模型”的基础上,建立改进的准维多区燃烧模型,采用正十六烷和α-甲基萘的混合物代替柴油,充分考虑燃油的沸点及临界点对蒸发过程的影响,以及强迫对流和高温环境中液滴表面强烈的斯蒂芬流对传热、传质过程的影响,通过数值模拟的方法,对不同喷油规律进行了对比模拟计算。
　　本文研究了多种喷油规律对某中高速柴油机排放性能的影响,包括:单次喷射(矩形、梯形喷油规律)、预喷射、后喷射,同时考虑了喷油定时和喷油规律曲线拐点对燃烧、排放的影响。通过仿真对比发现:矩形喷油规律NO排放效果最好,但碳烟排放有所恶化;随着喷油定时的延迟,NO排放量降低,碳烟排放增多;随着梯形喷油规律曲线前期拐点的推后,NO排放量提高,碳烟排放量略微有所降低,变化幅度很小;对于预喷射技术,预喷量为2％、主-预喷间隔20℃A时,排放控制效果最佳;对于后喷射技术,后喷量为15%、主-后喷间隔16℃A时,排放控制效果最佳。
　　本文通过对柴油机排放的模拟计算,有效地改善了发动机的排放性能,取得较为理想的排放效果。本文的研究成果可为提高柴油机性能与改善污染物排放提供参考。

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第1章 绪 论

1.1 论文的研究背景

1.2 燃油喷射技术

1.3 仿真模型的发展过程

1.4 国内外研究现状

1.5 论文的研究内容

第2章 仿真模型

2.1 模型的分区方式

2.2 喷雾混合子模型

2.3 燃油蒸发子模型

2.4 着火延迟子模型

2.5 放热计算子模型

2.6 传热计算子模型

2.7 热力学计算子模型

2.8 气体成分计算子模型

2.9 一氧化氮排放计算子模型

2.10 碳烟排放计算子模型

2.11 本章小结

第3章 单次喷射的计算结果及分析

3.1 研究对象的基本参数

3.2 模型的验证

3.3 单次喷射对柴油机排放性能的影响研究

3.4 喷油定时对柴油机排放性能的影响

3.5 喷油规律曲线拐点对柴油机排放性能的影响

3.6 本章小结

第4章 预喷射及后喷射对柴油机燃烧排放的影响

4.1 预喷射对柴油机排放性能的影响研究

4.2 后喷射对柴油机排放性能的影响研究

4.3 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主程序的计算框图

附录B子程序功能介绍