正丁醇浓度分层燃烧及正丁醇/柴油活性分层燃烧先进压燃发动机数值优化与对比研究

摘要

之前的研究表明，正丁醇活性分层燃烧（RSC）和浓度分层燃烧(CSC)能够实现满意的发动机性能。然而，正丁醇/柴油活性分层燃烧和正丁醇浓度分层燃烧在着火和燃烧特性上的差异，还没有被探讨。
　　在本次研究中，通过结合 KIVA-3V程序和非支配筛选遗传算法(NSGA-II)程序，研究了正丁醇活性分层燃烧策略和浓度分层燃烧策略。对于RSC和CSC策略，正丁醇在气道内预混。然而，对于RSC策略和CSC策略在缸内分别直喷柴油和正丁醇。挑选五个重要的运行参数作为优化变量，包括预混比，喷油时刻，进气门关闭时刻的缸内初始温度，进气门关闭时刻的缸内初始压力，以及外部废气再循环（EGR）率。遗传算法的优化结果表明，RSC策略采用高预混比，灵活改变喷油时刻的策略；而 CSC策略采用提前喷油时刻，灵活改变预混比的策略。由于正丁醇比柴油的活性更低，CSC策略需要更高的进气初始温度。对于RSC策略，增加预混比会延迟CA50时刻，改善燃油经济性，降低声响强度和NOx排放。对于CSC策略，随着预混比的增加，和喷油时刻的推迟，缸内直喷正丁醇的冷却作用减弱，导致了CA50时刻的提前，燃油经济性改善和更高的声响强度。对比两种燃烧策略表明，RSC策略在着火可控性和声响强度的降低上更佳，而CSC策略则在燃油经济性和NOx排放的减少上更佳。进气温度、外部EGR率以及进气压力对两种分层燃烧策略的发动机表现的影响类似。

目录

声明

第一章 绪论

1. 1 研究背景及意义

1. 2 先进燃烧策略

1. 3 丁醇替代燃料

1.3.1 丁醇的来源及物性特点

1.3.2 丁醇在发动机上的应用研究现状

1. 4 数值模拟及遗传算法优化

1. 5 本课题研究特色，主要研究内容及方法

第二章 数值计算及优化工具

2.1 CFD模型介绍

2.1.1 湍流模型

2.1.2 喷雾破碎模型

2.1.3 液滴碰撞模型

2.1.4 壁面传热模型

2.1.5 燃烧模型

2.1.6 氮氧化物模型

2. 2 遗传算法

2. 3 数值验证

2. 4 本章小结

第三章 优化结果分析及参数影响讨论

3. 1 分层燃烧优化算例对比

3.1.1 活性分层燃烧（RSC）典型算例分析

3.1.2 浓度分层燃烧（CSC）典型算例分析

3. 2 控制参数讨论

3.2.1 喷油时刻和预混比的影响

3.2.2 进气温度和EGR的影响

3.2.3 进气压力的影响

3. 3 本章小结

结论

参考文献

致谢