乙醇-柴油混合燃料燃烧过程数值模拟

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1、2015年5月农机化研究第5期乙醇/柴油混合燃料燃烧过程数值模拟靳德才，谭泽飞，欧阳文斌(西南林业大学机械与交通学院，昆明650224)摘要:利用CFD分析软件AVLFIＲE对高压共轨柴油机燃用柴油乙醇混合燃料的燃烧过程进行模拟，通过建立三维仿真模型研究发动机燃用不同掺比燃料的燃烧特性，并对模型的准确性进行了验证。计算了乙醇掺比对发动机燃烧过程中缸内压力、累积放热量及放热率等的影响;模拟出了不同配比混合燃料下高压共轨柴油机的各方面的性能。模拟结果得出:在中高负荷下，乙醇的低十六烷值、高汽化潜热值和含氧对发动机燃烧过程中的缸内压力和放热率的影响较

2、大，发动机燃用E10具有最佳的动力性和经济性。关键词:共轨柴油机;乙醇;仿真;放热率中图分类号:TK421;S218．5文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)05－0235－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.05.052配比柴油乙醇混合燃料的各方面性能进行了较为全0引言面的研究。随着能源危机的日益加深和环境污染的日益严1工作过程计算模型与试验条件重，寻求新的代用能源已经成为人们关注的普遍问题。乙醇作为一种含氧可再生能源被认为是一种比1．1柴油机燃烧过程数值模拟过程较有前景的代用燃料，由于乙醇的产量和

3、成本方面的发动机缸内燃烧过程实质上是伴随物理化学变化［1－3］优势，已经在汽油机上得到了商业应用。现在，国的流体运动过程。但是，其流场具有强压缩、强瞬变、内外的大量研究人员正在研究并希望将其应用于柴强旋流及各相异性等流动特征，涉及气体流动、喷油［4］油机上。发动机燃用不同配比柴油乙醇混合燃料雾化和燃烧放热之间的相互耦合，同时伴随活塞和进的燃烧过程直接影响了发动机的动力性、经济性和排排气阀的运动以及变化的流体边界条件，要对此过程放性能，因此，对发动机燃用柴油乙醇混合燃料的燃进行模拟仿真十分困难。所以，进行发动机燃烧过程烧过程进行研究具有重要意义。

4、乙醇的低十六烷值的数值模拟需要辅助以多种假设条件，提供准确必要和高汽化潜热造成了预混合燃烧的种种变化，如滞延的边界条件。根据流体力学(CFD)的基本思想，把描［5］期的延长等种种问题。为研究柴油乙醇混合燃料述缸内流体运动的连续性数学模型通过偏微分方程的燃烧特性，常用的柴油机燃用柴油乙醇混合燃料的进行离散化和代数化，变成大型代数方程组，再通过研究主要采用发动机台架试验的方法，已经有大量的适当的数值计算方法，求解方程组，得到流场的数值研究人员对柴油机燃用柴油乙醇混合燃料进行了发解;最终以数据、图像等形式显示结果，即通过计算机［6］动机台架试验。模拟

5、流体的流动。本文选用AVLFIＲE软件对发动机但是台架试验周期长、成本高，而且耗费大量的燃用柴油乙醇混合燃料进行数值模拟。人力物力，利用计算机建立发动机燃烧模型，对发动AVL公司开发的发动机三维性能模拟分析软件机燃用柴油乙醇混合燃料的过程进行数值模拟，可以FIＲE，主要由前处理、求解器和后处理组成。首先，通避免发动机台架试验的缺点，且可在短时间内得到试过绘图软件绘出燃烧室模型，导入FIＲE软件，通过前验结果。为此，笔者对高压共轨柴油机燃用多种不同处理器可以实现全自动、半自动或手动方式生成静网格和动网格;然后确定相应的边界条件和初始条件;收稿日期

6、:2014－07－17同时，FIＲE含有丰富的湍流、喷雾、燃烧、排放预测等基金项目:国家自然科学基金项目(51246004);云南省应用基础研究基金项目(2011FZ138)物理化学模型，其用户自定义功能可以对于不同的模作者简介:靳德才(1989－)，男，河南新密人，硕士，(E－mail)6107438拟对象和环境自定义模拟计算模型，使之与实际情况94@qq．com。保证一致性。目前，该软件主要应用于发动机领通讯作者:谭泽飞(1969－)，男，云南永胜人，副教授，(E－mail)［7］375933486@qq．com。域。FIＲE软件还可通过修

7、改燃料的属性，对代用燃·235·2015年5月农机化研究第5期料的喷雾燃烧进行模拟。本文选用了不同种类的柴料的特性参数如表1所示。随着乙醇掺比的增加，混油乙醇混合燃料，并对其燃烧过程进行了数值模拟。合燃料的十六烷值减小，含氧量增加。试验用发动机1．2试验用燃料和发动机为4缸、直列、四冲程，增压中冷高压共轨柴油机，其试验燃料选择0号柴油，通过以0号柴油为基础，标定功率79kW，标定转速2200r/min，最大转矩289N分别加入体积百分比为0，5%、10%的乙醇得到不同·m，最大转矩转速为2200r/min。配比的混合燃料，分别记为E0、E05、

8、E10。试验用燃表1柴油乙醇主要理化参数Table1Themainphysicalandchemicalcharacteristicofthedies