【摘 要】
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在排放法规日趋严格和能源短缺的背景下,使用传统燃料的内燃机面临着诸多挑战,开发清洁替代燃料及燃烧技术是重要的解决途径。开展生物燃料和天然气燃烧研究具有一定的理论意
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在排放法规日趋严格和能源短缺的背景下,使用传统燃料的内燃机面临着诸多挑战,开发清洁替代燃料及燃烧技术是重要的解决途径。开展生物燃料和天然气燃烧研究具有一定的理论意义和工程价值。本文在L.Brakora的生物柴油机理基础上,通过添加PAHs、Soot生成和氧化机理,构建了能够预测Soot生成的生物柴油机理模型;在与简化的天然气机理结合后,构建了生物柴油-天然气双燃料化学动力学模型。通过与AVL FIRE里构建的数学模型耦合,探究了喷油参数和喷油策略对生物柴油燃烧特性的影响,以及不同天然气替代比例对生物柴油-天然气双燃料燃烧和排放的影响。选取1100r/min、喷油量20.383mg,1500r/min、喷油量25.858mg两个工况点,探索了生物柴油喷油正时,喷油压力及喷油策略对燃烧及排放的影响规律,在兼顾燃烧做功及排放的条件下,确定了最优喷油正时为20°CA BTDC,喷射压力为100MPa。设计了8种喷油策略,结果表明主喷位置不变时,预喷油量的增加,有利于主喷燃料的快速燃烧和Soot排放的下降,但会引起NO排放增加;扩大预喷与主喷间隔角,将使缸内形成两阶段放热,并导致NO排放增加,Soot排放降低;固定预喷量与预喷角度,增大预喷与主喷间隔角度,则缸内温度、压力出现下降,主喷油量燃烧速率逐渐降低,NO与Soot同样存在此消彼长的矛盾。对于生物柴油-天然气双燃料燃烧,研究了天然气替代比例对燃烧及排放的影响。结果表明,中等转速区选择30%替代比例,可获得适度的缸内燃烧速度及放热集中度,对提高燃烧效率及动力输出有利,同时NO及Soot排放较低;在高转速区2000r/min时,选择50%替代比例,缸温、缸压以及放热率明显高于其他替代比例,Soot排放较低。综合分析,中等转速采用30%天然气替代率,高转速采用50%天然气替代率,可以获得较高的燃烧效率及较低的排放。
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