氫和含氫氣燃料發(fā)動機(jī)燃燒與排放特性研究.pdf

1、氫氣作為內(nèi)燃機(jī)燃料，既具有清潔、可再生的特點(diǎn)，又具有較高的熱效率，為解決能源和環(huán)境問題開辟了一條可發(fā)展之路。氫和含氫燃料發(fā)動機(jī)的研究對我國發(fā)展新一代車用代用燃料技術(shù)具有重要意義。本文針對氫發(fā)動機(jī)以及H2/CH4混合燃料發(fā)動機(jī)進(jìn)行了數(shù)值模擬仿真與試驗(yàn)研究，為尋找高效率低排放的氫和含氫燃料發(fā)動機(jī)提供思路和依據(jù)。 仿真研究方面，本文從氫燃料的混合氣形成和燃燒特征著手，應(yīng)用CFD軟件STAR-CD建立了包括化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模塊、湍流模塊、

2、傳熱損失模塊等在內(nèi)的氫發(fā)動機(jī)和H2/CH4發(fā)動機(jī)三維數(shù)值模擬仿真模型。通過仿真計(jì)算得到發(fā)動機(jī)在不同工況下的缸內(nèi)壓力、缸內(nèi)溫度、燃燒速率、放熱率及各組分濃度隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律。系統(tǒng)地分析了過量空氣系數(shù)、點(diǎn)火時(shí)刻、進(jìn)氣初始壓力、進(jìn)氣初始溫度、燃料混合比、進(jìn)氣氧濃度等參數(shù)對發(fā)動機(jī)燃燒以及排放的影響，剖析了發(fā)動機(jī)污染物的產(chǎn)生機(jī)理。以仿真研究結(jié)果為指導(dǎo)，在氫燃料專用發(fā)動機(jī)試驗(yàn)臺架上進(jìn)一步開展了氫發(fā)動機(jī)燃燒和排放規(guī)律研究，仿真研究中得到的氫發(fā)動機(jī)

3、燃燒與排放規(guī)律在試驗(yàn)結(jié)果中得到了驗(yàn)證。主要研究結(jié)果如下： (1) 隨著過量空氣系數(shù)增大，氫發(fā)動機(jī)點(diǎn)火后缸內(nèi)壓力和溫度升高率減小，峰值壓力和峰值溫度減小，NO排放顯著降低，在稀薄燃燒時(shí)，氫發(fā)動機(jī)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定和清潔的燃燒。 (2) 當(dāng)點(diǎn)火時(shí)刻提前，引起氫空混合氣燃燒過程提前，缸內(nèi)的壓力和溫度在點(diǎn)火后迅速增加，已燃?xì)怏w滯留在高溫下的時(shí)間較長，NO的生成量增加。 (3) 每循環(huán)燃料量一定，進(jìn)氣初始溫度降低或者進(jìn)氣初始壓力增大，

4、可以使得進(jìn)入缸內(nèi)的氫空混合氣變稀，點(diǎn)火后燃燒速率減小，缸內(nèi)溫度和壓力峰值減小，放熱率峰值減小，放熱持續(xù)期增長。同時(shí)，缸內(nèi)溫度的下降抑止了NO的生成。 (4) 使用不同混合比的H2/CH4混合氣作為發(fā)動機(jī)燃料，隨著混合氣中摻甲烷比例增加,混合氣燃燒速率減慢，缸內(nèi)峰值壓力和峰值溫度減小，放熱率峰值減小，放熱持續(xù)期增長，燃燒溫度的降低抑制了NO的生成。但發(fā)動機(jī)CO2污染物的生成量增多。因此，燃料混合比的優(yōu)化是H2/CH4發(fā)動機(jī)優(yōu)化的重要