基于新型二甲醚共轨电控喷射系统的发动机燃烧过程数值模拟研究

摘要

面对能源短缺和环境污染的双重挑战，二甲醚优良的特性使之成为解决能源短缺和环境污染的柴油机最佳替代燃料之一，但目前二甲醚应用的最大问题是原来的柴油机燃油供给与喷射系统并不能很好地适用于二甲醚，必须对原有的燃油供给与喷射系统进行大规模的改造，甚至开发全新的二甲醚燃油供给与喷射系统。
　　 课题组针对二甲醚的特性，开发了一套新型二甲醚共轨电控喷射系统，很好地符合了二甲醚的喷射要求。本文基于这种新型喷油系统，应用AVL公司开发的三维数值模拟FIRE软件对一台新昌NB485B型直喷式柴油机的二甲醚燃烧过程进行了详尽的模拟计算与分析，与其燃用柴油时的燃烧过程做了对比分析，并对二甲醚的喷油压力、喷油提前角、预喷射等喷射参数进行了分析优化。得出以下结论：
　　 (1)燃用二甲醚与燃用柴油相比，发动机的燃烧噪声、机械负荷、NO排放、soot排放都得到改善。二甲醚总的燃烧持续期比柴油短，故在二甲醚的实际使用过程中一般适当推迟喷油时间，既能抑制预混燃烧速率，又能加快扩散燃烧速率，可大大降低发动机机械负荷和NO排放，对提高发动机综合性能非常有利。
　　 (2)在标定工况下和最大扭矩工况下，喷油压力越高，爆发压力、缸内温度和燃烧放热率越高，同样，NO排放量也越高。这也说明喷油压力在二甲醚发动机运转范围内，对燃烧过程的影响具有一定得普遍性。采用较大喷油压力时，二甲醚着火快，着火位置离喷嘴位置较远，火焰在缸内扩散得好，燃烧持续期短。
　　 (3)随着喷油推迟，二甲醚燃烧持续期变长，燃油经济性变差，同样氮氧化物浓度也迅速下降。作出NO-指示功和最大压力升高率-指示功折衷曲线，发现NO排量随着指示功的降低而降低，而最大缸压升高率在喷油提前角小于17°以后，随着指示功的降低无太大变化。
　　 (4)采用预喷射方案，使得主喷射的滞燃期明显缩短，可以获得比单次喷射更好的NO-指示功折衷曲线，即：在获得相应的指示功前提下，采用预喷射方案的NO的排放量更低，或者在相同的NO排放量前提下，采用预喷射可以获得更多的指示功。同时发现，采用预喷射方案，其最大压力升高率-指示功折衷曲线，也优于单次喷射方案。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2内燃机工作过程数值模拟发展的发展与现状

1.3内燃机替代燃料的发展与现状

1.4高效清洁代用燃料二甲醚的发展现状

1.5本文的主要研究内容

第二章内燃机数值模拟计算模型

2.1基本控制方程

2.2气相湍流流动模型

2.3喷雾数值模拟模型

2.4柴油机燃烧数值模拟模型

2.5本章小结

第三章新型二甲醚共轨式电控喷射系统

3.1新型二甲醚共轨式电控喷射系统工作原理

3.2一维液力仿真模型

3.3本章小结

第四章二甲醚发动机燃烧数值模拟及结果分析

4.1几何模型的建立

4.2二甲醚燃烧数值模型计算参数

4.3数值计算方法

4.4燃用二甲醚与燃用柴油的燃烧过程分析

4.5喷油压力对二甲醚发动机燃烧过程的影响

4.6喷油提前角对二甲醚发动机燃烧过程的影响

4.7预喷射对二甲醚发动机燃烧过程的影响

4.8本章小结

第五章全文总结和工作展望

5.1工作总结

5.2工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢