PODE/柴油混合燃料燃烧和排放特性试验及数值模拟

摘要

使用含氧燃料部分代替柴油是解决能源短缺和环境污染的有效手段之一。聚甲氧基二甲醚（PODE）是一种新型的煤基含氧燃料，合成来源广泛，十六烷值高、含氧量高、与柴油互溶稳定。PODE在柴油机上实现清洁燃烧方面极具潜力，是一种有着良好应用前景的柴油机代用含氧燃料。本文采用试验研究与数值模拟相结合的方法研究了燃用不同比例PODE/柴油混合燃料对柴油机的经济性、燃烧特性和排放特性的影响。 本文按PODE在混合燃料中所占体积分数为 10%、20%和 30%配制了PODE/柴油混合燃料，并记为P10、P20和P30混合燃料。研究了不同比例PODE/柴油混合燃料的互溶稳定性，并对混合燃料的理化性质进行了分析。利用热重分析仪对PODE/柴油混合燃料进行挥发特性分析。结果表明：在常温下PODE/柴油混合燃料具有良好的互溶稳定性，蒸发特性得到改善。 在共轨柴油机上燃用PODE/柴油混合燃料，并对经济性、燃烧和排放特性进行分析。结果表明：相比于柴油，柴油机燃用PODE/柴油混合燃料时有效热效率增加，但比油耗增大；燃烧始点提前，滞燃期缩短，缸内最大爆发压力增大，燃烧效率得到改善；CO、HC排放和排气烟度降低，且随PODE掺混比的提高，降低幅度越大；NOx排放增大，且随PODE掺混比的提高而增加；峰值颗粒物数量浓度增加，颗粒质量中位径降低，PODE/柴油混合燃料的颗粒物数量浓度分布、颗粒质量密度分布和颗粒质量累积分布向小粒径方向移动，且随PODE掺混比的提高，移动趋势更明显。 利用AVL FIRE软件中的ESE模块建立柴油机燃烧室模型并对模型进行网格划分，设置计算参数与边界条件。在验证模型的准确性后，分析了柴油机燃用PODE/柴油混合燃料后对缸内工作过程的影响，结果如下：PODE加入后缸内最高燃烧温度上升，缸内工作过程中高温区域分布范围增加，缸内氧原子分布区域范围增加，且随着PODE掺混比的增大而增大；NO提前生成，生成量与NO的浓度增加，且随着PODE掺混比的增大，SOOT生成量随着掺混比的提高逐步降低，SOOT浓度减小。

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