基于船用柴油机的天然气-生物柴油双燃料的机理及其性能研究

摘要

在排放法规日趋严格和能源短缺的背景下，使用传统燃料的内燃机面临着诸多挑战，开发清洁替代燃料及燃烧技术是重要的解决途径。开展生物燃料和天然气燃烧研究具有一定的理论意义和工程价值。本文在L.Brakora的生物柴油机理基础上，通过添加PAHs、Soot生成和氧化机理，构建了能够预测Soot生成的生物柴油机理模型；在与简化的天然气机理结合后，构建了生物柴油-天然气双燃料化学动力学模型。通过与AVL FIRE里构建的数学模型耦合，探究了喷油参数和喷油策略对生物柴油燃烧特性的影响，以及不同天然气替代比例对生物柴油-天然气双燃料燃烧和排放的影响。 选取1100r/min、喷油量20.383mg，1500r/min、喷油量25.858mg两个工况点，探索了生物柴油喷油正时，喷油压力及喷油策略对燃烧及排放的影响规律，在兼顾燃烧做功及排放的条件下，确定了最优喷油正时为20℃A BTDC，喷射压力为100MPa。设计了8种喷油策略，结果表明主喷位置不变时，预喷油量的增加，有利于主喷燃料的快速燃烧和Soot排放的下降，但会引起NO排放增加；扩大预喷与主喷间隔角，将使缸内形成两阶段放热，并导致NO排放增加，Soot排放降低；固定预喷量与预喷角度，增大预喷与主喷间隔角度，则缸内温度、压力出现下降，主喷油量燃烧速率逐渐降低，NO与Soot同样存在此消彼长的矛盾。 对于生物柴油-天然气双燃料燃烧，研究了天然气替代比例对燃烧及排放的影响。结果表明，中等转速区选择30%替代比例，可获得适度的缸内燃烧速度及放热集中度，对提高燃烧效率及动力输出有利，同时NO及Soot排放较低；在高转速区2000r/min时，选择50%替代比例，缸温、缸压以及放热率明显高于其他替代比例，Soot排放较低。综合分析，中等转速采用30%天然气替代率，高转速采用50%天然气替代率，可以获得较高的燃烧效率及较低的排放。

目录

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第一章 绪论

1.1引言

1.2课题研究背景

1.3课题研究现状

1.4 课题研究意义

1.5 课题研究内容

第二章 数学模型的理论基础

2.1化学反应动力学

2.2计算流体力学

2.3 AVL FIRE与CHEMKIN 耦合

2.4 本章小结

第三章 数学模型的建立及其验证

3.1单一燃料天然气的反应机理模型的简化与验证

3.2单一燃料生物柴油的反应机理模型的构建与验证

3.3天然气-生物柴油双燃料应机理模型的构建与验证

3.4本章总结

第四章 生物柴油燃烧及其排放性能的研究

4.1喷油定时对生物柴油燃烧及其排放性能的影响

4.2喷油压力对生物柴油燃烧及其排放性能的影响

4.3喷油策略对生物柴油燃烧及其排放性能的影响

4.4本章小结

第五章 天然气-生物柴油双燃料发动机性能的研究

5.1计算条件及其方案

5.2不同天然气替代比例下双燃料发动机的燃烧特性

5.3不同天然气替代比例下双燃料发动机的排放特性

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

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