车用甲醇裂解器设计及其对发动机排放性能影响的研究.pdf

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1、第4期2017年8月NO．4Aug．2017车用甲醇裂解器设计及其对发动机排放性能影响的研究张浩浩。蒋炎坤(华中科技大学中欧清洁与可再生能源学院，湖北武汉430074)摘要：甲醇是一种清洁可再生能源，利用发动机尾气余热提高燃料热值是一种新型的节能方式。基于醇氢动力系统，对三种不同结构的甲醇裂解器进行数值模拟，且通过试验选择研究了安装螺旋管式甲醇裂解器发动机的排放性能。研究结果表明，螺旋管式甲醇裂解器较直管式和u型管式换热效果更好，能够满足车载甲醇裂解器对热量的需求。相同负荷下，随着甲醇替代比的增加，CO排放浓度呈现先降低后升高的趋势，HC排放较原机下降了28．7％

2、，NOx排放增加了16．9％。关键词：余热回收；甲醇裂解器；换热效果；数值模拟；排放性能中图分类号：TK402文献标识码：B文章编号：1000—6494(2017)04—0058—05OptimizedDesignofMethanolDissociatedDeviceonVehicleandStudyofItsInfluenceonEngineZHANGHaohao，JIANGYankun(China-EUInstituteforCleanandRenewableEnergy，HuazhongUniversityofScience&Technology，Wuhan

3、430074)Abstract：Methanolisrenewableenergy，andenginewasteheatrecyclingisaNewenergysavingway．Inthispaper，threekindsofmethanoldissociateddevicewithdifferentstructuresweresimulatedandtheinflueneeofthestraight—tubeandthespiral—tubemethanoldissociateddeviceontheperformanceoftheengineisanaly

4、zed．Theresultsshowthat：comparedwiththestraight-tubeandU—tubedissociateddevice，thespiral—tubemethanoldissociatedreactorperformsbetteronheattransfer，anditcanperfectlymeettherequirementofthevehicle；Underthe．cameworkingcondition，withthejncreaseofmethanolSHbstitutionratio，COemissionfirstde

5、creasesandthenincreases．HCemissiondecreasesby26．7％．andNOxemissionincreasesby16．9％．Keywords：wasteheatrecycling；methanoldissociateddevice；heattransfer；numericalsimulation；emissionsO前言当今汽车燃料主要源于石油，而石油资源是不可再生资源，因此寻找发动机的替代燃料刻不容缓。甲醇作为一种可再生能源，有其独特的优势，而将甲醇裂解以后的产物作为燃料更能克服将甲醇直接作为燃料的缺点⋯。甲醇裂解燃料发动

6、机的基本原理是利用发动机的废气余热，并在催化剂的作基金项目：基于醇氢混合燃料的动力驱动关键技术研究”；湖北省科学技术厅“湖北省重大创新技术专项”(2016AAA045)作者简介：张浩浩(1991一)，男，江苏人，硕士，主要从事发动机性能开发的研究。收稿日期：2017—04—13用下发生裂解反应，产生一氧化碳和氢气，其热值提高约20％左右。此外，甲醇裂解气发动机还具有以下优点：具有较高的热效率；发动机的排放有明显的改善；甲醇对发动机零件的腐蚀、机油的污染等问题可能得到缓解。1裂解器的计算模型1．1数学模型在常物性和宏观热能守恒的假设下，管壳式换热器壳程流体流动和传热

7、必须满足以下3个控制方程”1：1．1．1质量守恒方程(连续性方程)瓦ap+百8(pu)+百a(pv)+掣：o(1)at’ax’口vtaZ—U、1’陀唱En机舶燃乩内mOCamen第4期张浩浩，等：车用甲醇裂解器设计及其对发动机排放性能影响的研究式中，P为流体密度，t为时I司，U，v，W分别是速度矢量U在x，Y，z三个坐标方向的分量。1．1．2动量守恒方程(运动方程)1a(p厂u)+diV(p“∽=diV(1zgradu)一石ap+鼠(2)刁a(p厂u)+div(pvU)=div(1比gradv)一丽ap+sv(3)巧a(p厂u)+diV(pwU)=diV(肛gra

8、dw)一瓦