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柴油机目前被广泛应用于船舶动力、发电、灌溉、车辆动力等广阔的领域,但应用的同时带来了严重的大气污染问题,如何进一步降低柴油机排放已成为当前能源与环境领域的一个重要课题。
本文从改善燃烧降低排放的目标出发,运用先进的光学可视化研究手段,研究了在模拟废气柴油重整气条件下柴油机燃烧过程和温度场分布的规律。
本文完善了原有光学发动机装置,设计了一套模拟废气柴油重整气混合进气系统,选定了若干个典型的模拟废气柴油重整气工况,同步测试和拍摄了缸内压力和燃烧火焰图片,分析了在模拟废气柴油重整气条件下的柴油机燃烧过程和温度场分布情况,并与纯柴油燃烧过程进行了对比。
研究结果表明:大EGR可推迟着火时刻;模拟废气柴油重整气的可压缩性发生改变,其改变程度主要受单位体积气体摩尔数和转速影响;模拟废气柴油重整气燃烧前期有一段较为明显的低温反应过程;随着H2含量的增加,着火时刻随之提前,主燃烧期也缩短;不同组分模拟废气柴油重整气对着火时刻温度的影响不大,大EGR可以降低主燃烧期内的缸内平均温度,减少局部高温区域;加入模拟废气柴油重整气可以提高火焰传播速度,而大EGR则降低火焰传播速度,随着H2含量的增加,火焰传播速度随之提高。
利用FIRE软件,建立了ZS195柴油机缸内工作过程模型,在模拟废气柴油重整气条件下,对ZS195柴油机的燃烧过程进行了数值模拟。模拟计算结果表明:小EGR工况下着火时刻基本不变,大EGR工况下着火时刻推迟;模拟废气柴油重整气工况下,燃烧期内的缸内压力、温度以及最大压力、最高温度均大于纯柴油工况时的压力和温度,增加幅度与H2含量成正比,与CO2含量成反比。
经过分析,模拟结果与试验数据的差异主要是由模拟时各工况下的气体可压缩性和循环供油量均不变等理想假设所引起的。