生物制氣-柴油雙燃料發(fā)動機燃燒試驗與模擬.pdf

1、內燃機燃料的主要來源為石油和天然氣，化石能源漸趨枯竭，溫室效應導致全球災難性氣候頻繁發(fā)生，環(huán)境污染日益嚴重。因此，尋找新的內燃機能源迫在眉睫。生物質能作為可儲存和運輸?shù)目稍偕茉?，其高效轉換和潔凈利用日益受到全世界的重視。本文簡述了內燃機的能源現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢；綜述了生物質能源的現(xiàn)狀，雙燃料發(fā)動機技術和雙燃料發(fā)動機燃燒模擬的進展以及生物質氣化技術的發(fā)展和研究現(xiàn)狀。在前人研究的基礎上對生物制氣.柴油雙燃料發(fā)動機的應用技術和理論模型進行了較為

2、深入的探討，為生物質能源在雙燃料發(fā)動機上的利用及發(fā)展方向提供了的依據(jù)。 采用自行設計的下吸式氣化爐，以農(nóng)林廢棄的生物質為原料產(chǎn)生生物制氣，并經(jīng)過冷卻濾清后，將潔凈的常溫生物制氣通入由ZHlll5直噴式柴油機改裝而成的雙燃料發(fā)動機。針對可燃生物制氣的存在使進入氣缸中的空氣比相同排量柴油機少，有可能使發(fā)動機由于空氣不足而使燃料不能充分燃燒，發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性下降，分析了生物制氣的成份及性能，推導了氣體一柴油雙燃料發(fā)動機與柴油機相比

3、的動力性變化計算公式并與試驗結果吻合較好。分別進行了純柴油和雙燃料運行時的試驗研究。對比分析了柴油機和生物制氣.柴油雙燃料發(fā)動機的萬有特性、燃燒特性和比排放特性。分析了負荷、轉速、供油提前角等參數(shù)對柴油機及雙燃料發(fā)動機燃燒過程的影響。結果表明：雙燃料發(fā)動機的燃燒始點落后于柴油機；除低速大負荷外，最高燃燒壓力、最大燃燒壓力升高率均低于柴油機，最高燃燒壓力與最大燃燒壓力升高率對應相位均滯后于柴油機；雙燃料發(fā)動機的后燃較為嚴重。雙燃料發(fā)動機的

4、NOx排放量遠比柴油機低。 以引燃油噴霧混合、燃燒化學反應機理、湍流運動和燃燒計算、NOx預測模型、初始及邊界條件設定和計算網(wǎng)格劃分為主要內容，探討并建立了生物制氣.柴油雙燃料發(fā)動機的三維燃燒模型。引燃油噴霧混合模擬中，采用離散相液滴模型模擬引燃油液滴的運動；實心圓錐體(solid cone)射流源和Rosin-Rammler分布來描述引燃油的噴射，并采用多段射流源的方法貼近實際的噴油規(guī)律；Wave Breakup模型模擬引燃油

5、液滴的破碎；ORourke隨機碰撞模型模擬液滴的碰撞，并考慮了液滴與壁面碰撞的反彈和粘附；采用Hardenburg和Hase提出的公式計算滯燃期。湍流運動采用RNG(Renormalization Group Theory)r-方程模擬，并采用壁面函數(shù)對壁面湍流進行修正。燃燒計算中，將層流有限速率模型與渦耗散模型進行結合來計算凈反應速率；采用單步反應來描述柴油的燃燒；生物制氣，則分別采用簡化機理和一氧化碳、氫氣、甲烷各自的單步反應來處理

6、。NOz預測模型中，包含了熱力型NOx、瞬發(fā)型NOx和燃料型NOx的形成，并采用概率密度函數(shù)(PDF)方法進行計算。初始條件盡量采用試驗中獲得的數(shù)據(jù)，以便獲得較好的模擬結果。網(wǎng)格模型中，由于噴油嘴為均布四孔噴嘴，因此只建立缸內四分之一幾何空間模型，結合周期性邊界，可減小計算時間；用六面體和楔形單元進行網(wǎng)格劃分，結合網(wǎng)格剛體運動和網(wǎng)格層鋪實現(xiàn)動態(tài)網(wǎng)格模擬。 通過模擬結果與試驗結果的對比表明：本文建立的三維燃燒模型可以較好的模擬柴油