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(jī)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(duì)我國(guó)對(duì)柴油的依賴。這種燃燒方式是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管中噴射甲醇,缸內(nèi)直噴柴油實(shí)現(xiàn)的。在前期發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了有針對(duì)性的柴油-甲醇二元燃料臺(tái)架試驗(yàn),根據(jù)臺(tái)架試驗(yàn)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(duì)兩者進(jìn)行了對(duì)比分析

2、。主要工作分為以下幾個(gè)方面。
　　首先,在柴油-甲醇二元燃料臺(tái)架試驗(yàn)的研究中,分別進(jìn)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(jìn)氣溫度的試驗(yàn),以觀察二元燃料燃燒時(shí)可能會(huì)發(fā)生的現(xiàn)象。結(jié)果表明甲醇對(duì)柴油著火有抑制作用,這種作用在甲醇比例超過(guò)40％時(shí)更加明顯,但是當(dāng)進(jìn)氣溫度過(guò)高時(shí),會(huì)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(dòng)機(jī)的碳煙排放,甲醇對(duì)碳煙的降低作用最高可達(dá)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(yàn)分析,將二元燃料缸內(nèi)燃燒按燃燒特征歸納為三個(gè)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(shí)考慮湍流混合和化學(xué)反應(yīng)對(duì)燃燒過(guò)程的影響,使用湍流耗散時(shí)間尺度來(lái)表征湍流的混合程度,并首次提出使用熵增來(lái)反映化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度。另外,在二元燃料骨架機(jī)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(yàn)工況,在兩個(gè)分

4、辨率不同的網(wǎng)格上進(jìn)行模型驗(yàn)證。表明低甲醇比例時(shí),該模型能夠較好的預(yù)測(cè)燃燒過(guò)程,但當(dāng)甲醇比例高于60%時(shí),RANS模型得到的缸壓比試驗(yàn)值偏低。不同進(jìn)氣溫度時(shí),RANS對(duì)發(fā)生甲醇自燃的工況預(yù)測(cè)得到的著火時(shí)刻有所延遲。
　　第三,對(duì)一個(gè)LES燃燒模型進(jìn)行發(fā)展,使其能夠用于模擬二元燃料的燃燒,并對(duì)RANS模型與LES模型進(jìn)行了對(duì)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(cè),僅在對(duì)甲醇自燃的工況模擬得到的缸壓有所偏差。使用碳