混合燃料喷雾燃烧特性的实验及数值模拟研究

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1、分类号学号M201271124学校代码10487密级硕士学位论文混合燃料喷雾燃烧特性的实验及数值模拟研究学位申请人：张旭学科专业：动力机械及工程指导教师：刘会猛副教授答辩日期：2015年5月20日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringExperimentalandSimulationStudyontheSprayandCombustionCharacteristicsofBlend

2、edFuelCandidate:ZhangXuMajor:PowerMachineryandEngineeringSupervisor:AssociateProf.LiuHuimengHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay20th,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文

3、的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。本论文不保密□。属于（请在以上方框内打“

4、√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要为了满足日益严苛的排放法规和燃油经济性要求，并减轻排气后处理器的负担，近年来，开发新的发动机燃烧技术以降低其自身排放的研究十分活跃，涌现出诸如均质压燃(HCCI)、汽油部分预混压燃（PPCI）和低温燃烧(LTC)等旨在实现发动机高效清洁燃烧的新型燃烧方式，它们有望解决内燃机PM排放和NOx排放Trade-off矛盾。但是，现阶段它们均面临着运行负荷范围偏小、着火时刻和燃烧速率难以控制、HC和CO排放高、冷启动和工况过渡困难等

5、困境。由于这些燃烧方式的着火与燃烧由化学反应动力学所主导并在一定程度上受气流运动和油气混合控制，混合燃料这类燃料化学控制方法成为了解决这些困境的重要途径和手段。本文运用CFD数值模拟方法对汽柴油混合燃料喷雾特性进行了研究。首先，结合ECN喷雾实验数据库、依据经典线性稳定性理论对KH-RT破碎模型对环境条件的适应性进行了分析，指出提高喷雾破碎模型对不同环境条件适应性的方法和路径；然后，利用离散多组分蒸发模型对汽柴油混合燃料喷雾特性进行模拟，对比分析了单组份燃料和混合燃料在不同环境条件的喷雾贯穿距、SMD、燃油蒸发速

6、率。仿真结果表明，混合燃料G50喷雾特性一般处在G0和G100之间，且G50各项喷雾特性参数与G0更为接近；环境温度对单燃料和混合燃料喷雾特性影响较大，主要表现在：随着环境温度升高，液滴的蒸发速率会大幅提升，特别是当环境温度高于液滴的临界温度时，液滴的蒸发速率可达90%以上。应用高速摄影和激光诱导炽光法(LII)对柴油喷雾燃烧过程进行可视化研究。在柴油喷雾燃烧过程中，可以观测到蓝色火焰、黄色或白色火焰，着火前期它以预混合燃烧为主，随时间推移火焰快速发展为扩散燃烧为主的燃烧方式。燃油喷射压力由100MPa减小到60

7、MPa，柴油喷雾液相贯穿距略微减小，燃烧滞燃期变长；孔直径由0.15mm增大到0.25mm，柴油喷雾液相贯穿距增大，燃烧滞燃期变长。最后，利用详细化学反应动力学燃烧模型研究汽柴油混合燃料着火燃烧性能，随着汽油添加比例的增加，着火时刻不断延迟，火焰浮起长度增长。关键词：内燃机；燃烧方式；混合燃料；喷雾；破碎模型；激光诱导炽光法I华中科技大学硕士学位论文AbstractTomeettherequirementsofstringentvehicleemissionsregulationsanddrasticreduct

8、ionsinfuelusage,newcombustionconceptssuchasHCCI,PPCIandLTChavebeenstudiedwidely.ThesenewcombustionmodeshavethepotentialtoreducetheformationofparticulateandNOxinsidethecylindersimultaneous