柴油-甲醇二元燃料缸內(nèi)燃燒數(shù)值模擬研究.pdf

1、以往的研究表明,在柴油機上應(yīng)用柴油-甲醇二元燃料燃燒(DMDF)的方式能夠大幅度緩解對我國對柴油的依賴。這種燃燒方式是通過發(fā)動機進氣歧管中噴射甲醇,缸內(nèi)直噴柴油實現(xiàn)的。在前期發(fā)動機試驗和反應(yīng)動力學(xué)研究的基礎(chǔ)上,進行了有針對性的柴油-甲醇二元燃料臺架試驗,根據(jù)臺架試驗結(jié)果分析了柴油-甲醇二元燃料的燃燒特征。在此基礎(chǔ)上,在KIVA軟件中建立了基于雷諾平均模型(RANS)的燃燒模型,以及基于大渦模擬(LES)的燃燒模型,并對兩者進行了對比分析

2、。主要工作分為以下幾個方面。
　　首先,在柴油-甲醇二元燃料臺架試驗的研究中,分別進行了低甲醇比例、高甲醇比例、相同IMEP、不同燃料比例和相同甲醇比例不同進氣溫度的試驗,以觀察二元燃料燃燒時可能會發(fā)生的現(xiàn)象。結(jié)果表明甲醇對柴油著火有抑制作用,這種作用在甲醇比例超過40％時更加明顯,但是當(dāng)進氣溫度過高時,會發(fā)生甲醇先于柴油自燃的現(xiàn)象。排放方面,甲醇的加入能夠有效降低發(fā)動機的碳煙排放,甲醇對碳煙的降低作用最高可達96.49%。加入微

3、量的甲醇即可促使NO大量轉(zhuǎn)化為NO2,相同IMEP下,NOx隨甲醇的加入略有下降。根據(jù)試驗分析,將二元燃料缸內(nèi)燃燒按燃燒特征歸納為三個區(qū),為建立數(shù)值模型提供理論基礎(chǔ)。
　　其次,在基于RANS的燃燒模型建立中,同時考慮湍流混合和化學(xué)反應(yīng)對燃燒過程的影響,使用湍流耗散時間尺度來表征湍流的混合程度,并首次提出使用熵增來反映化學(xué)反應(yīng)進行的程度。另外,在二元燃料骨架機理的基礎(chǔ)上發(fā)展了碳煙、NO和NO2排放模型。使用不同的試驗工況,在兩個分

4、辨率不同的網(wǎng)格上進行模型驗證。表明低甲醇比例時,該模型能夠較好的預(yù)測燃燒過程,但當(dāng)甲醇比例高于60%時,RANS模型得到的缸壓比試驗值偏低。不同進氣溫度時,RANS對發(fā)生甲醇自燃的工況預(yù)測得到的著火時刻有所延遲。
　　第三,對一個LES燃燒模型進行發(fā)展,使其能夠用于模擬二元燃料的燃燒,并對RANS模型與LES模型進行了對比研究。結(jié)果表明,LES在大多數(shù)工況下能夠?qū)崿F(xiàn)較好的燃燒預(yù)測,僅在對甲醇自燃的工況模擬得到的缸壓有所偏差。使用碳