生物制氣-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒試驗(yàn)與模擬.pdf

1、內(nèi)燃機(jī)燃料的主要來(lái)源為石油和天然氣，化石能源漸趨枯竭，溫室效應(yīng)導(dǎo)致全球?yàn)?zāi)難性氣候頻繁發(fā)生，環(huán)境污染日益嚴(yán)重。因此，尋找新的內(nèi)燃機(jī)能源迫在眉睫。生物質(zhì)能作為可儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)目稍偕茉?，其高效轉(zhuǎn)換和潔凈利用日益受到全世界的重視。本文簡(jiǎn)述了內(nèi)燃機(jī)的能源現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)；綜述了生物質(zhì)能源的現(xiàn)狀，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)和雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模擬的進(jìn)展以及生物質(zhì)氣化技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀。在前人研究的基礎(chǔ)上對(duì)生物制氣.柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用技術(shù)和理論模型進(jìn)行了較為

2、深入的探討，為生物質(zhì)能源在雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)上的利用及發(fā)展方向提供了的依據(jù)。 采用自行設(shè)計(jì)的下吸式氣化爐，以農(nóng)林廢棄的生物質(zhì)為原料產(chǎn)生生物制氣，并經(jīng)過(guò)冷卻濾清后，將潔凈的常溫生物制氣通入由ZHlll5直噴式柴油機(jī)改裝而成的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。針對(duì)可燃生物制氣的存在使進(jìn)入氣缸中的空氣比相同排量柴油機(jī)少，有可能使發(fā)動(dòng)機(jī)由于空氣不足而使燃料不能充分燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性下降，分析了生物制氣的成份及性能，推導(dǎo)了氣體一柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)與柴油機(jī)相比

3、的動(dòng)力性變化計(jì)算公式并與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。分別進(jìn)行了純柴油和雙燃料運(yùn)行時(shí)的試驗(yàn)研究。對(duì)比分析了柴油機(jī)和生物制氣.柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性、燃燒特性和比排放特性。分析了負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、供油提前角等參數(shù)對(duì)柴油機(jī)及雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程的影響。結(jié)果表明：雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒始點(diǎn)落后于柴油機(jī)；除低速大負(fù)荷外，最高燃燒壓力、最大燃燒壓力升高率均低于柴油機(jī)，最高燃燒壓力與最大燃燒壓力升高率對(duì)應(yīng)相位均滯后于柴油機(jī)；雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的后燃較為嚴(yán)重。雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的

4、NOx排放量遠(yuǎn)比柴油機(jī)低。 以引燃油噴霧混合、燃燒化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、湍流運(yùn)動(dòng)和燃燒計(jì)算、NOx預(yù)測(cè)模型、初始及邊界條件設(shè)定和計(jì)算網(wǎng)格劃分為主要內(nèi)容，探討并建立了生物制氣.柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的三維燃燒模型。引燃油噴霧混合模擬中，采用離散相液滴模型模擬引燃油液滴的運(yùn)動(dòng)；實(shí)心圓錐體(solid cone)射流源和Rosin-Rammler分布來(lái)描述引燃油的噴射，并采用多段射流源的方法貼近實(shí)際的噴油規(guī)律；Wave Breakup模型模擬引燃油

5、液滴的破碎；ORourke隨機(jī)碰撞模型模擬液滴的碰撞，并考慮了液滴與壁面碰撞的反彈和粘附；采用Hardenburg和Hase提出的公式計(jì)算滯燃期。湍流運(yùn)動(dòng)采用RNG(Renormalization Group Theory)r-方程模擬，并采用壁面函數(shù)對(duì)壁面湍流進(jìn)行修正。燃燒計(jì)算中，將層流有限速率模型與渦耗散模型進(jìn)行結(jié)合來(lái)計(jì)算凈反應(yīng)速率；采用單步反應(yīng)來(lái)描述柴油的燃燒；生物制氣，則分別采用簡(jiǎn)化機(jī)理和一氧化碳、氫氣、甲烷各自的單步反應(yīng)來(lái)處理

6、。NOz預(yù)測(cè)模型中，包含了熱力型NOx、瞬發(fā)型NOx和燃料型NOx的形成，并采用概率密度函數(shù)(PDF)方法進(jìn)行計(jì)算。初始條件盡量采用試驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)，以便獲得較好的模擬結(jié)果。網(wǎng)格模型中，由于噴油嘴為均布四孔噴嘴，因此只建立缸內(nèi)四分之一幾何空間模型，結(jié)合周期性邊界，可減小計(jì)算時(shí)間；用六面體和楔形單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，結(jié)合網(wǎng)格剛體運(yùn)動(dòng)和網(wǎng)格層鋪實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)網(wǎng)格模擬。 通過(guò)模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比表明：本文建立的三維燃燒模型可以較好的模擬柴油