柴油機缸內(nèi)工作過程及低溫運行排放控制研究.pdf

1、能源危機和環(huán)境污染是當前人類所面臨的兩大問題。人們通過節(jié)約能源以及開發(fā)新能源來緩解能源危機，通過制定各種法律法規(guī)和采用新技術(shù)來降低污染物的排放。柴油機因其熱效率高、經(jīng)濟性好的優(yōu)點在各行業(yè)得到了廣泛應用。但是柴油機在低溫環(huán)境運行時，會產(chǎn)生功率下降、油耗上升、排放惡化等問題，加劇了能源危機和環(huán)境污染，因此對柴油機的低溫性能研究顯得十分必要。本文對低溫環(huán)境運行柴油機進行缸內(nèi)燃燒過程組織及排放控制，旨在提高柴油機的動力性及經(jīng)濟性，同時降低柴油機

2、的排放。 本文以4102ZLQ柴油機為研究對象，采用了模擬與實驗相結(jié)合的研究方法，對柴油機標定工況進行實驗及數(shù)值模擬，建立了柴油機噴霧、燃燒及排放生成模型，對柴油機的氣相流動過程、噴霧過程和燃燒過程等缸內(nèi)過程進行了模擬計算。在燃油噴霧混合模擬中，采用離散相液滴模型模擬燃油液滴的運動；實心圓錐體射流源和Rosin—Rammler分布來描述燃油的噴射，Wave Breakup模型模擬燃油液滴的破碎；O'Rourke隨機碰撞模型模擬液

3、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)κ—ε方程模擬，并采用壁面函數(shù)對壁面湍流進行修正。燃燒計算中，將層流有限速率模型與渦耗散模型進行結(jié)合來計算凈反應速率；采用單步反應來描述柴油的燃燒；將模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比，并以此為基礎(chǔ)對柴油機低溫工況進行了較好的模擬。模擬結(jié)果較詳細地展示了缸內(nèi)流場、噴霧

4、發(fā)展形態(tài)、噴霧液滴的空間分布情況及其燃燒的溫度場、壓力場。著重分析了缸內(nèi)流場的演變規(guī)律、流動的特點以及NOx、Soot的生成情況。通過模擬結(jié)果與實驗結(jié)果的對比表明，所建立的三維燃燒模型可以較好地模擬柴油機的燃燒過程，預測柴油機的各項性能參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，利用三維燃燒模型，對柴油機低溫運行工況進行了模擬，分析了低溫環(huán)境時柴油機動力性及排放性的下降因素并提出了改善措施。通過改變低溫環(huán)境時的進氣壓力、噴油提前角來提高柴油機的動力性能并降低排放

5、。研究結(jié)果表明：相對于常溫而言，低溫運行時柴油機缸內(nèi)低溫區(qū)域分布較廣，不利于可燃混合氣的形成，從而使柴油機功率下降。在一定范圍內(nèi)，提高進氣壓力可以改變壓縮終了溫度，為燃燒提供充足的氧，提高柴油機的動力性。但隨著燃燒溫度的提高，柴油機的NOx排放升高，對Soot作用不顯著。噴油提前角是影響滯燃期的主要因素。噴油提前角大，滯燃期長，預混合期內(nèi)燃燒的混合氣量多，柴油機的功率增大，預混合期內(nèi)缸內(nèi)溫度高，生成的NOx較多，擴散燃燒期中碳煙生成量減