柴油機低溫燃燒數(shù)值模擬研究.pdf

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1、第36卷第3期武漢理工大學(xué)學(xué)報(信息與管理工程版)Vo1．36No．32014年6月JOURNALOFWUT(INFORMATION&MANAGEMENTENGINEERING)Jun．2014文章編號：2095—3852(2014)03—0312—04文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A柴油機低溫燃燒數(shù)值模擬研究李雪飛，肖合林(武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院，湖北武漢430070)摘要：運用KIVA軟件模擬分析了不同EGR率和噴油提前角對柴油機低溫燃燒性能的影響，結(jié)果表明，增大EGR(exhaustgasrecycling)率能夠有效降低缸內(nèi)燃燒溫度，使NO的排放降低，但隨著EGR率的增大，柴油機Soot的排放會有

2、一定的升高。晚噴能夠更好地實現(xiàn)柴油機低溫燃燒方式，使柴油機NO和Soot排放同時降低，但噴油時刻過晚，NO和Soot的排放會有一定的回升。關(guān)鍵詞：柴油機；低溫燃燒；數(shù)值模擬中圖分類號：TK4DOI：10．3963／j．issn．2095—3852．2014．03．005柴油機是一種高效、低能耗的動力機械，有著表1發(fā)動機參數(shù)廣泛的應(yīng)用，但如何同時降低氮氧化物和碳煙兩項目參數(shù)缸徑／ram1l2．0種排放物一直是一個世界性難題¨J。近年來，行程／mm145．0低溫燃燒作為一種很有潛力的新型燃燒方式，其連桿長度／ram228．0壓縮比16．5同時降低NO和碳煙排放的能力引起了世界各渦流比1．3國學(xué)

3、者的注意，成為了國內(nèi)外的研究熱點，并取得噴孔直徑／ml65．O噴油錐角／(。CAl51．0了一些寶貴的成果。筆者采用數(shù)值計算的方法，對柴油機低溫燃燒進(jìn)行了分析和研究。示，該網(wǎng)格為柴油機上止點處的計算網(wǎng)格，筆者所1計算模型研究柴油機的8孑L噴油嘴位于燃燒室中心，是一個軸對稱的結(jié)構(gòu)，為了節(jié)約計算時間，計算中將燃筆者以柴油機為研究對象，通過模擬計算方燒室8等分，每份占用一個噴孑L，任選其中一份作法，研究了柴油機的噴油提前角和EGR率對柴油為計算域并劃分網(wǎng)格。機燃燒及排放性能的影響。在模擬計算中，采用shell著火模型、K一湍流模型和離散液滴(DDM)噴霧模型，碳煙生成采用廣安一Nagel兩步模型

4、，氮氧化合物生成采用擴(kuò)充的Zeldovich機理。2計算網(wǎng)格和參數(shù)設(shè)置2．1柴油機基本參數(shù)實驗柴油機為6缸8孔噴嘴柴油機，其主要圖1計算網(wǎng)格技術(shù)參數(shù)如表1所示。2．2計算網(wǎng)格2．3初始條件和計算邊界條件通過CFD軟件KIVA對柴油機的燃燒過程進(jìn)生成計算網(wǎng)格模型后，模擬計算燃油采用與行模擬計算，采用燃燒室增加側(cè)隙倒三角容積的柴油物化性質(zhì)比較接近的CH。，為了能有效地方式以滿足可靠的壓縮比，其計算網(wǎng)格如圖1所計算，需要設(shè)置合適的初始條件和邊界條件。表收稿日期：2013—12—22．作者簡介：李雪飛(1988一)，男，重慶人，武漢理工大學(xué)汽車lT程學(xué)院碩士研究生．基金項目：教育部博士點科研基金資

5、助項目(20020487022)；國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃基金資助項目(2001CB209207)314武漢理工大學(xué)學(xué)報(信息與管理工程版)2014年6月率下降，平均壓力降低。(2)柴油機排放性能分析。由圖5可以看出，隨著EGR率的增大，缸內(nèi)最高溫度的分布區(qū)域減少。NO的生成區(qū)域主要在高溫區(qū)域，NO的生成會隨著EGR率的增加而減少。EGR率越大，更多的廢氣替代空氣，使氣缸內(nèi)的氧氣濃度降低，阻滯了燃燒反應(yīng)速率，使缸內(nèi)最高燃燒溫度有所降低。由圖6可看出，Soot排放隨EGR率增大而升高。隨著EGR率的增大，更多的廢氣進(jìn)入進(jìn)氣道，導(dǎo)致進(jìn)氣阻力增大，使缸內(nèi)混合氣的過量空圖9放熱率曲線氣系數(shù)變小，引

6、起煙度的增加J，同時，EGR率增加，缸內(nèi)氧氣體積分?jǐn)?shù)降低，導(dǎo)致燃油燃燒不充分下行，燃燒空間增大，燃燒室內(nèi)高溫高壓引起的內(nèi)而更易生成Soot。高溫和富氧能夠促進(jìn)NO的生外壓力差以及強擠流的作用使得氣流以較大的速成。如圖7所示，隨著EGR率的增大，NO的排率從燃燒室內(nèi)向外流出，此時噴油能使燃油與空放降低。當(dāng)EGR率達(dá)到30％時，NO排放可降到氣更充分地混合。而上止點時刻噴油，由于缸內(nèi)75％左右，但Soot排放急劇增加。因此在考慮滿氣體流動小，燃?xì)饣旌喜怀浞?，?dǎo)致燃油燃燒不充足柴油機的經(jīng)濟(jì)性和動力性要求時，選擇合適的分，因而其最高放熱率最小。EGR率來降低其排放變得尤為重要。3．2．2噴油提前角

7、對排放的影響3．2噴油提前角的影響圖10為柴油機NO隨噴油提前角變化的變3．2．1噴油提前角對缸內(nèi)特性影響化曲線。隨著噴油時刻的延遲，NO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)圖8為柴油機缸內(nèi)平均壓力曲線，隨著噴油降低，噴油時刻在ATDC4。CA時，NO的質(zhì)量分時刻的延遲，柴油機的缸內(nèi)最高壓力有下降的趨數(shù)有一定的變大。NO的生成主要受缸內(nèi)溫度的勢。隨著噴油時刻的推遲，由圖9的放熱率曲線影響，缸內(nèi)溫度越高，就越容易生成NO。隨著噴可知，缸內(nèi)混合氣著火