柴油机碳烟缸内氧化过程的仿真研究

摘要

碳烟氧化机理与碳烟微纳米结构、氧化剂类型以及反应条件均有关系,而目前柴油机碳烟氧化广泛采用的模型,是依据层流燃烧反应器或激波管中高温石墨氧化试验数据提出的。缸内碳烟氧化对柴油机碳烟生成机理乃至排放都具有至关重要的影响。对柴油机碳烟,特别是缸内碳烟氧化模拟精度要求愈来愈高,碳烟氧化模型迫切需要改进。由于发动机运行条件复杂,柴油机碳烟缸内氧化的研究报道还很少。为此,论文开展了柴油机缸内碳烟在高温气相中的氧化过程的研究,并对后喷策略降低缸内碳烟的技术途径进行了探索。
　　 基于实验测量,得到了缸内碳烟基本粒子粒径分布以及微纳米结构参数随曲轴转角的变化规律。通过燃烧过程分析,确定了碳烟生成、氧化的各个不同阶段。利用后燃期无新碳烟生成阶段的碳烟基本粒子粒径分布,结合一个新的计算方法,得到了柴油机缸内碳烟在高温气相中的氧化速率实验数据。采用目前常用的碳烟氧化模型对实验工况的碳烟氧化速率进行计算,将模型计算结果与实验实测结果进行比较,并对两者之间的差距进行分析。以实测的碳烟微纳米结构参数为基础,结合微纳米结构对碳烟氧化活性的影响规律,提出了现有碳烟氧化模型的修正方法。
　　 利用数值软件对柴油机碳烟缸内生成、演化过程进行分析,研究了后喷定时、后喷油量等对二次可燃预混合气形成、缸内诱导湍流、碳烟涡团破碎的影响规律,探索了加快后燃期燃烧进程,提高后燃期缸内温度,促进碳烟氧化的技术方法。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 碳烟氧化模型概述

1.3 碳烟氧化模型应用于柴油机数值模拟中存在的问题

1.4 本文主要内容

第二章 缸内碳烟氧化速率计算及碳烟氧化模型修正

2.1 碳烟粒径分布实测值获取方法

2.1.1 全气缸取样技术简介

2.1.2 实验数据获取

2.2 碳烟表面氧化速率计算

2.2.1 计算时刻确定

2.2.2 碳烟基本粒子粒径分布

2.2.3 碳烟表面氧化速率

2.3 NSC碳烟氧化模型修正

2.4 本章小结

第三章 改进碳烟氧化模型

3.1 改进模型基本思想

3.2 微纳米结构下碳烟氧化模型改进

3.2.1 实验数据

3.2.2 NSC氧化模型Ka指前系数修正

3.2.3 改进模型

3.3 本章小结

第四章 改进碳烟模型在KIVA-3V中应用

4.1 计算网格生成

4.2 数值模拟边界条件设置

4.3 计算模型

4.3.1 碳烟生成、氧化模型

4.3.2 湍流模型

4.3.3 喷雾模型

4.3.4 自燃模型

4.3.5 燃烧模型

4.4 缸内碳烟生成氧化历程

4.5 强化缸内碳烟氧化措施

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢