柴油乙醇双燃料RCCI发动机燃烧和排放的数值模拟.pdf

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1、柴油/乙醇双燃料RCCI发动机燃烧和排放的数值模拟TheSimulationoftheCombustionandEmissionCharacteristicsofaDiesel/EthanolReactivityControlledCompressionIgnition(RCCI)Engine学科专业：动力工程研究生：孙慧慧指导教师：王天友教授企业导师：刘双喜教授级高工天津大学机械工程学院二零一二年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过

2、的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：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天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要为解决

3、预混压燃（PCCI）发动机存在的混合气制备、燃烧相位难以控制等问题，人们提出了反应活性分层压燃（RCCI，ReactivityControlledCompressionIgnition）技术，这是一种分别在缸内和进气道喷射柴油和高辛烷值低沸点燃料，通过柴油压燃来引燃进入气缸内的均质混合气，以实现缸内燃料分层和分层燃烧的新型燃烧策略。为研究柴油/乙醇双燃料RCCI发动机的燃烧和排放，将乙醇氧化反应详细化学动力学机理与正庚烷简化机理进行对接，并在此基础上添加了氮氧化物（NOX）的生成机理、碳烟及其前体物的热力学数据，构筑了柴油/乙醇双燃料的化学反应机理。本论

4、文将美国LosAlamos国家实验室主持开发的多维燃烧模拟程序KIVA-3V程序与化学反应动力学程序CHEMKIN结合，实现了流动和化学反应的耦合。建立多维数值模型，并通过柴油PCCI和乙醇均质压燃（HCCI）燃烧数值模拟结果与实验结果的对比验证了模型的准确性。采用多维数值模拟的方法研究了缸内柴油喷油提前角、乙醇质量比、初始温度、初始压力、发动机转速和混合气浓度对柴油/乙醇双燃料RCCI发动机燃烧和排放的影响。模拟结果表明，柴油喷油提前角和乙醇质量比对燃烧过程和排放都有显著影响，初始温度对燃烧和排放的影响没有喷油提前角和乙醇质量比对燃烧和排放的影响大。增

5、加乙醇质量比使得缸内最高爆发压力下降，着火时刻推迟，NOX、碳烟、CO和HC这4种主要排放物均成下降趋势；随柴油喷油时刻的提前，缸内最高爆发压力升高，着火时刻提前，但当喷油提前角增加到一定值时（超过25°CA），着火时刻反而随喷油提前而推迟。喷油提前能减少碳烟和HC排放，但NOX和CO排放随喷油提前呈上升趋势。柴油喷油时刻的提前和乙醇质量比的增加有利于提高燃油经济性并避免敲缸现象的发生。采用进气增压使缸内压力峰值和温度峰值增大，着火时刻提前，碳烟、CO和HC排放下降，而NOX排放增加。发动机转速对燃烧过程影响较小，NOX、碳烟和HC排放基本上随发动机转速

6、的升高呈下降趋势，CO呈上升趋势。缸内混合气浓度增大时，缸内燃烧压力和缸内燃烧温度峰值均呈先升高后下降的趋势，着火时刻延迟。关键词：柴油/乙醇双燃料；反应活性分层压燃（RCCI）；数值模拟；KIVA-3VABSTRACTToovercometheproblemsassociatedwithpremixedchargecompressionignition(PCCI)combustionsuchastheformationofhomogeneousmixtureandignitioncontrol,thefuelreactivitycontrolledco

7、mpressionignition(RCCI)hasbeenproposedrecently.Inthiscombustionstrategy,thedieselisinjectedintocylinder,whilethefuelwithhighoctanenumberandlowboilingpointisinjectedintointakeport,sothestratifieddistributionoffuelreactivityisformedwhichleadstostratifiedcombustionwhenbeignitedbycom

8、pression.Toinvestigatethecombustionandem