EGR/生物柴油燃烧过程数值模拟研究

利用CFD耦合化学动力学机理建立柴油机生物柴油燃烧化学反应动力学模型,研究了EGR对生物柴油燃烧和排放特性的影响,结果表明:随着EGR率的增加,着火时刻逐步滞后,缸内平均温度峰值下降,缸内平均压力峰值先升高后降低。在高当量比(0.6)和高EGR率时,EGR对生物柴油燃烧的影响程度变大。EGR率为55%时,对于当量比为0.43的工况,NOx排放降低了91%;当量比为0.6的工况,NOx排放降低了98.3%。Soot生成量随EGR率增加快速增加。增加当量比,EGR对Soot的影响加剧。     

EGR对生物柴油/异丁醇混合燃料燃烧与排放的影响

在一台四缸四冲程水冷高压共轨柴油机上研究了生物柴油/异丁醇混合燃料在不同EGR率下的燃烧及排放特性.试验结果表明:随EGR率的升高,缸内压力和放热率峰值降低,燃料滞燃期延长,燃烧持续期先缩短后延长,NO排放与核模态颗粒物数密度降低;当EGR率小于6%时,CO和HC污染物的排放都保持在较低水平.相较于生物柴油,燃用混合燃料降低CO污染物的排放;随异丁醇掺混比例的增加,缸内压力与放热率峰值逐渐升高,CO排放降低,但HC与NO的排放逐渐升高,核模态颗粒物数密度升高,积聚态颗粒物数密度和颗粒物质量浓度有不同程度的下降.     

EHN添加对柴油-正丁醇混合燃料燃烧和排放特性的影响

在柴油-正丁醇混合燃料(正丁醇体积含量为40%)中添加了2%的硝酸异辛脂(EHN),并与柴油、柴油-正丁醇燃料做了燃烧和排放特性的对比。研究结果表明:EHN的添加可缩短滞燃期,降低缸内最高燃烧压力,燃烧噪声与纯柴油达到同一水平。在高废气再循环(EGR)率下,NOx排放增加,NO2所占比例升高。和纯柴油相比,碳烟排放峰值降低了80%,即EHN添加解决了低十六烷值含氧燃料在压燃发动机上的燃烧噪声和碳烟排放这一新的矛盾。EHN添加对CO和THC排放影响的规律相似,高EGR率时CO和THC排放都增加,且CH4比例急剧升高。     

EGR率对乙醇/生物柴油混合燃料燃烧及排放特性的影响

在一台经过深度改装的四缸直喷水冷柴油机上,燃用乙醇与生物柴油的混合燃料,研究了EGR率与燃料特性对柴油机燃烧及排放的影响.结果表明:EGR系统的介入以及乙醇的掺混均可减小燃烧过程中缸内压力和放热率峰值.燃用同种掺混比的燃料,随着EGR率的增大,滞燃期和燃烧持续期出现了不同程度的延长,当量燃油消耗率升高,有效热效率降低.EGR率不变时,燃用不同掺混比的混合燃料,随乙醇质量分数的增加,滞燃期与燃烧持续期逐渐延长,当量燃油消耗率逐渐降低,有效热效率逐渐升高.NO_x的排放量在EGR引入后出现了显著下降,HC排放量升高.相同EGR率下,随着乙醇掺混比的提高NO_x排放量略微下降,HC排放量表现出先减小后升高的趋势.相比纯生物柴油,乙醇的掺混可以显著减少大粒径颗粒物的数量.EGR率的变化对核模态粒子的数量影响不明显,但聚集态粒子的数量会随着EGR率的提高出现较为明显的增多.将乙醇、生物柴油和EGR系统三者相耦合可改善柴油机的燃烧及排放特性.     

EGR对可变压缩比SI发动机燃烧及排放特性的影响

基于一台可变压缩比火花点火(SI)单缸发动机,在不同废气再循环(EGR率为0~20%)、不同压缩比(8、9、10和11)下,对发动机燃烧和排放特性进行对比分析.结果表明:随着EGR率的增大,滞燃期和燃烧持续期变长,瞬时放热率曲线峰值减小并后移,缸内压力和最高平均燃烧温度降低.而增大压缩比则使滞燃期和燃烧持续期变短,缸内压力和燃烧温度升高.同时,NOx排放随EGR率的增大而降低,当压缩比为9时,20%,EGR率比无EGR时降低了92%,但随着压缩比增大NOx排放增多.CO和HC排放在EGR率较小时无明显变化,但随压缩比增大而减小,当EGR为5%,时,CO和HC排放最高降低7.8%和27%.     

EGR率对高压共轨柴油机燃烧性能影响的多维仿真

为了预测不同废气再循环(exhaust gas recirculaction,EGR)率对某型高压共轨柴油机性能的影响,采用AVL FIRE软件建立了该柴油机缸内的多维仿真模型,并与试验结果进行对比,验证了模型的正确性;对样机采用不同的EGR率进行缸内模拟计算,分析研究了不同EGR率对柴油机缸内燃烧过程参数及排放(NOx和Soot)的影响。结果表明:随着EGR率从0.00增加到0.20,柴油机缸内燃烧速率减小,爆压和最高温度分别下降了4.0%和3.9%,累计放热量下降了3.5%,滞燃期增加了0.9℃A,同时缸内NOx排放生成区域明显减少,但Soot排放生成区域明显增加。     

甲醇和EGR降低柴油机NO_x和碳烟排放的试验研究

在4100QBZL增压中冷柴油机上进行了M15甲醇柴油的试验研究。在维持原机动力性的基础上,研究了不同EGR率对柴油机燃用M15甲醇柴油时的动力性、经济性、燃烧特性、NOx和碳烟排放的影响。结果表明:甲醇可以同时降低柴油机的NOx和碳烟排放,但造成柴油机动力性下降,经济性变差。增加9.5%的供油量后,柴油机可以维持原机的动力性,碳烟排放较低,但NOx排放量大幅度上升。采用EGR系统后,随着EGR率的增加,最高缸压、最大放热率和缸内温度逐渐降低,所对应的曲轴转角后移,NOx排放大幅度降低,烟度有不同程度的恶化。在维持动力性和经济性的基础上选择合适的EGR率可以使柴油机的NOx排放和烟度排放均低于燃用0#柴油。     

EGR率对M15甲醇柴油燃烧与排放的影响

在不同工况下研究了不同EGR率对增压中冷柴油机燃用M15甲醇柴油混合燃料的燃烧和污染物排放的影响。实验结果表明：随着EGR的增加,最高缸压、最大放热率和缸内温度逐渐降低,所对应的曲轴转角后移,NOx排放大幅度降低,烟度、HC、CO等排放有不同程度的恶化。选择合适的EGR率可以消除柴油机NOx排放和烟度之间的Trade-off关系。     

EGR对正戊醇-生物柴油混合燃料的燃烧排放性能影响研究

通过构建的一个新的包含79种组分和234个反应的正戊醇简化机理耦合已有的生物柴油简化机理,得到了正戊醇-生物柴油简化机理,该组合机理经过了滞燃期以及収动机缸压、放热率和排放验证,可以用作収动机燃用正戊醇生物柴油时的燃烧及排放特性分析.在一台高压共轨柴油机上,基于Converge仿真软件研究了EGR条件对正戊醇-生物柴油混合燃料的燃烧排放性能影响.结果表明:在不同的正戊醇掺混比例下,随着EGR率的增大,正戊醇-生物柴油混合燃料的缸压和放热率峰值都有所降低,滞燃期和燃烧持续期增加.相同EGR率时,随着正戊醇掺混比例的提高,燃料的雾化特性得到改善,燃烧持续期缩短,放热率峰值升高;添加正戊醇和增大EGR率可显著降低混合燃料的NO_x排放,在EGR率为30%、正戊醇掺混比例为40%时,NOx最低排放可达0.08 g/(k W·h),与EGR率为0时相比降低了71%;混合燃料具有较大的的碳烟氧化潜力,碳烟排放都处于较低水平,在较小的EGR率下(20%)碳烟排放增加并不明显,EGR率增加到30%时,燃烧恶化,碳烟的氧化受到了抑制,碳烟排放显著增加.     

正丁醇和异丁醇对柴油机燃烧与排放特性的影响

通过一台V6发动机研究了柴油中掺混正丁醇和异丁醇在不同转速、不同EGR率和喷油时刻下对燃烧与排放性能的影响.结果表明:正丁醇-柴油燃料比异丁醇-柴油混合燃料着火滞燃期短,异丁醇缸内峰值压力和预混放热率比正丁醇高.柴油中掺混正丁醇和异丁醇可以明显降低碳烟排放,使得碳烟随着EGR率变化变得平缓.同时掺混正丁醇对碳烟降低的效果更明显,而且掺混丁醇对NOx排放影响不大,一氧化碳与碳氢排放保持在较低水平.最后柴油机燃用丁醇可以达到同时降低碳烟和NOx的效果.     

2,5-二甲基呋喃对柴油机低温燃烧与排放的影响

在一台改造的单缸柴油机上研究了柴油掺入2,5-二甲基呋喃(DMF)后对燃烧、性能和排放的影响。研究结果表明:柴油中加入DMF后着火滞燃期延长,预混合比例增加,缸内最高燃烧压力及最大压升率增大,碳烟排放明显降低,其中加入DMF比例为40%(DMF40)时,在试验的EGR率区间内碳烟排放几乎为零;但NOx排放有所增加,若增大EGR率可保证在不增加碳烟的前提下明显减小NOx排放,当EGR率大于50%时,DMF40的碳烟和NOx接近于零排放。与纯柴油相比,混合燃料的THC和CO排放有一定增高,通过对混合燃料燃烧相位的优化,可以在保证高热效率的同时,有效降低最大压升率和NOx排放,但会导致THC和CO排放升高。     

火花点火激发均质压燃(SICI)组合燃烧的试验研究

均质混合气压燃(HCCI)燃烧高负荷拓展是内燃机燃烧领域的一个难题.在缸内直喷汽油机(GDI)上采用EGR、火花点火和可变配气技术来控制缸内混合气形成和燃烧,实现了3种燃烧方式:HCCI、火花点火激发均质压燃(SICI)组合燃烧方式、火花点火(SI)燃烧方式,研究了不同EGR率和点火提前角对SICI燃烧排放特性的影响.结果表明,汽油SICI组合燃烧方式呈现明显的两阶段燃烧特性,调整点燃放热比例可以实现HCCI燃烧向高负荷拓展(最大平均有效压力为0.82 MPa),同时能获得较低的NOx排放和高的热效率.     

正丁醇对柴油机低温燃烧和排放的影响

在一台改造的单缸柴油机上,研究了柴油中掺入正丁醇燃料在不同EGR率、进气压力下对燃烧、性能和排放的影响.结果表明,柴油中添加正丁醇燃料使着火滞燃期延长,缸内最大爆发压力和燃烧温度下降,低温燃烧"失火"的EGR率降低,指示油耗减少,燃油经济性改善;正丁醇可明显降低碳烟排放,使烟度随EGR率变化趋势更加"平坦",烟度峰值对应的EGR率,变低,正丁醇比例越高,烟度越低;正丁醇对气体排放的影响与进气压力有关,正丁醇可以有效降低NOx排放,进气压力越大,正丁醇降低NOx的效果越明显;进气压力为0.15 MPa时,正丁醇比例越大,CO排放越低,但进气压力为0.24 MPa时,B20燃料CO排放最高;正丁醇对THC排放影响不大,但B20燃料在高EGR率条件下,其THC排放明显增大.因此,柴油燃料添加正丁醇是降低低温燃烧烟度和NOx排放,改善低温燃烧性能的有效途径.     

EGR对增压进气道喷射汽油机的影响研究

通过对某款直列四缸涡轮增压进气道喷射(PFI)汽油机加装低压废气再循环(EGR)回路,研究了不同EGR率对汽油机的燃烧、泵气损失、排放、油耗等方面的影响。试验过程中保持供油量和理论当量空燃比不变。研究结果表明:汽油机在燃烧过程引入低压EGR,能够减少其固有的泵气损失;排气内的CO含量有所下降,但缸内出现了容积淬熄使排气内HC含量有所升高,而燃烧效率有一定提高;EGR降低了燃烧温度,使得NO_x排放明显下降;应用合适EGR率并配合合适的点火角,能够有效地提高汽油机的热效率。     

高压共轨柴油机燃用乳化柴油的燃烧特性

对某高压共轨柴油机上燃用E0纯柴油和3种不同配比的乳化柴油的燃烧特性进行了试验研究。测得不同转速和负荷下,燃用E0纯柴油和3种不同配比乳化柴油的缸内压力、压力升高率、瞬时放热率、累积放热率以及燃烧持续期的曲线。结果表明：乳化柴油的燃烧特性与E0纯柴油类似;在2000r·min^-1、50％负荷和3200r·min^-1、50％负荷工况下,燃用乳化柴油的缸内最高压力更高,在试验所测的其它工况下,乳化柴油的缸内最高压力相比E0纯柴油均没有明显下降;乳化柴油的瞬时放热率峰值和累积放热率曲线均高于E0纯柴油,ED乳化柴油的瞬时放热率峰值最高;燃用乳化柴油后,燃烧持续期缩短。     

EGR对燃用煤制油增压柴油机燃烧与排放的影响

在一台增压柴油机上通过试验方法研究了废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)对煤直接液化柴油(diesel from direct coal liquefaction,DDCL)和普通石化柴油的燃烧及排放的影响。试验结果表明:DDCL着火滞燃期比柴油长,燃烧持续期比柴油短,这种差别在40%EGR率下更明显;相同策略下DDCL燃烧对应的最大压升率高于柴油;当进气氧浓度低于19%后DDCL燃烧产生的NOx排放浓度低于柴油;不论采用何种控制策略,DDCL燃烧产生的碳烟排放浓度总低于柴油,产生的CO和HC排放浓度总高于柴油;柴油机分别燃用DDCL与柴油的油耗率很接近,随着EGR率的增加,DDCL的燃油经济性逐渐差于柴油。     

天然气-柴油双燃料燃烧的微种群遗传算法数值优化

利用微种群遗传算法结合计算流体动力学(CFD)构建了数值优化平台,对一台天然气-柴油双燃料重型发动机在中速,低、中和高3个负荷下进行了多目标优化.结果表明:通过优化柴油两次喷射时刻、压力、首次喷油比例、预混能量比例(PES)和EGR比例,可以使发动机在3个工况下获得高效清洁的燃烧.在不超过最大爆发压力、最大压力升高率及排放设定限值的前提下,均可获得高于45%的热效率.随着负荷增加,所需PES及EGR率依次增大.柴油首次喷射较早,用来调节压缩余隙处的活性梯度,第二次在较晚时刻喷入活塞碗底部区域,在中、低负荷工况下,缸内呈现出活性控制压燃(RCCI)燃烧式的梯级顺序燃烧特性.在高负荷工况下,缸内一定程度上展现出柴油微引燃(DPI)燃烧式的燃烧特性.在所有工况下,缸内均发生多点式的着火燃烧.     

DMF-柴油发动机燃烧和排放特性的试验

2,5-二甲基呋喃(DMF)是一种适用于内燃机的新型生物质燃料.在一台压燃发动机上,主要研究了DMF-柴油混合燃料(D40)在不同EGR率下的燃烧和排放特性,并与汽油-柴油混合燃料(G40)做了对比.结果表明,D40滞燃期较长,指示热效率较高,但最大压升率较高.在整个EGR区间,Soot排放一直接近于零,不存在传统燃烧的NOx和Soot之间的"trade-off"关系.虽然DMF的理化特性与汽油相似,但主要由于滞燃期不同,G40与D40在燃烧与排放特性上差别较大;相比G40,D40的氮氧和THC排放略高,但Soot排放极低.滞燃期是柴油机燃用D40和G40燃烧和排放差异的主要原因.     

高低压回路EGR对柴油机燃烧过程影响的试验研究

在一台重型电控高压共轨柴油机上布置了高压和低压回路废气再循环(EGR)系统,并以此为基础研究了高低压回路EGR联合运行时,EGR率和高低压EGR比例对发动机缸内燃烧过程的影响,以及低负荷工况下发动机排气温度在EGR作用下的提升效果,研究结果表明:提高EGR率或增大高压EGR所占比例,都会导致进入缸内的新鲜空气量减少,最高燃烧压力下降,滞燃期延长,燃烧持续期延长;随着EGR率的提高,发动机有效热效率降低,此时需要逐渐减少高压EGR比例;引入EGR可以提升发动机低负荷工况的排气温度,但相同EGR率下,高压EGR比例越大,则排气温度提升幅度也越大。     

热EGR对氢内燃机性能及排放影响的试验研究

氢内燃机燃烧产物与传统内燃机不同,因此其EGR的作用机制与传统内燃机有很大差别.为了研究EGR对氢内燃机的动力性和排放特性的影响规律,以一台4缸2.0 L的氢内燃机为研究对象进行了试验研究,并探讨了缸内燃烧的发展过程和特点.试验表明:在循环喷氢量不变时,可以通过调节EGR率改变混合气的当量燃空比.在当量燃空比小于1时,EGR率的变化对输出转矩影响不大,在当量燃空比超过1后,输出转矩随EGR率的增加线性下降;在小负荷时使用热EGR将导致缸内温度的升高、增大NO相似文献