生物制氣-柴油雙燃料發(fā)動機燃燒試驗與模擬.pdf

1、內(nèi)燃機燃料的主要來源為石油和天然氣，化石能源漸趨枯竭，溫室效應(yīng)導(dǎo)致全球災(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)燃機能源迫在眉睫。生物質(zhì)能作為可儲存和運輸?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。本文簡述了內(nèi)燃機的能源現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢；綜述了生物質(zhì)能源的現(xiàn)狀，雙燃料發(fā)動機技術(shù)和雙燃料發(fā)動機燃燒模擬的進(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)上對生物制氣.柴油雙燃料發(fā)動機的應(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)動機上的利用及發(fā)展方向提供了的依據(jù)。 采用自行設(shè)計的下吸式氣化爐，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直噴式柴油機改裝而成的雙燃料發(fā)動機。針對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少，有可能使發(fā)動機由于空氣不足而使燃料不能充分燃燒，發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性下降，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)動機與柴油機相比

3、的動力性變化計算公式并與試驗結(jié)果吻合較好。分別進(jìn)行了純柴油和雙燃料運行時的試驗研究。對比分析了柴油機和生物制氣.柴油雙燃料發(fā)動機的萬有特性、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)對柴油機及雙燃料發(fā)動機燃燒過程的影響。結(jié)果表明：雙燃料發(fā)動機的燃燒始點落后于柴油機；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，最高燃燒壓力與最大燃燒壓力升高率對應(yīng)相位均滯后于柴油機；雙燃料發(fā)動機的后燃較為嚴(yán)重。雙燃料發(fā)動機的

4、NOx排放量遠(yuǎn)比柴油機低。 以引燃油噴霧混合、燃燒化學(xué)反應(yīng)機理、湍流運動和燃燒計算、NOx預(yù)測模型、初始及邊界條件設(shè)定和計算網(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)動機的三維燃燒模型。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動；實心圓錐體(solid cone)射流源和Rosin-Rammler分布來描述引燃油的噴射，并采用多段射流源的方法貼近實際的噴油規(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提出的公式計算滯燃期。湍流運動采用RNG(Renormalization Group Theory)r-方程模擬，并采用壁面函數(shù)對壁面湍流進(jìn)行修正。燃燒計算中，將層流有限速率模型與渦耗散模型進(jìn)行結(jié)合來計算凈反應(yīng)速率；采用單步反應(yīng)來描述柴油的燃燒；生物制氣，則分別采用簡化機理和一氧化碳、氫氣、甲烷各自的單步反應(yīng)來處理

6、。NOz預(yù)測模型中，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)行計算。初始條件盡量采用試驗中獲得的數(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，可減小計算時間；用六面體和楔形單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，結(jié)合網(wǎng)格剛體運動和網(wǎng)格層鋪實現(xiàn)動態(tài)網(wǎng)格模擬。 通過模擬結(jié)果與試驗結(jié)果的對比表明：本文建立的三維燃燒模型可以較好的模擬柴油