柴油及丁醇混合燃料部分预混合燃烧模式试验与数值模拟

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1、分类号学号D201377285学校代码10487密级博士学位论文柴油及丁醇混合燃料部分预混合燃烧模式试验与数值模拟学位申请人：刘贝学科专业：动力机械及工程指导教师：成晓北教授答辩日期：2019年01月27日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringExperimentalandSimulationofPartiallyPremixedComb

2、ustionofDieselandn-Butanol/DieselBlendsPh.D.Candidate：LiuBeiMajor：PowerMachineryandEngineeringSupervisor：Prof.ChengXiaobeiHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074，P.R.ChinaJanuary,2019独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，

3、本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_______

4、_____年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□√。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学博士学位论文摘要发动机排放的碳烟颗粒物对环境和人体健康的危害巨大，因此新的排放法规对颗粒物排放数量以及质量都已经有较为严格的要求。部分预混合燃烧模式（PPC）相对于传统燃烧模式会有更低的颗粒物及NOx排放，并且该燃烧模式相比于HCCI燃烧模式具有更好的燃烧可控性。丁醇作为一种可再生清洁能源，具有低十六烷值、高挥发性和高含氧量的特性，是实现柴油机部分预混燃烧方式

5、的良好替代燃料。然而目前对PPC模式下的燃烧放热特性和碳烟颗粒物数量尺寸分布、形貌特征、氧化活性及微纳结构等排放特性，掺混高比例丁醇下PPC模式的燃烧及颗粒物排放特性，以及含氧燃料和后喷策略对发动机碳烟颗粒物排放特性的协同效应等方面的认识仍不清晰。本文针对上述问题，基于电控高压共轨涡轮增压柴油机开展了部分预混合低温燃烧模式的燃烧及碳烟颗粒物排放特性、微观形貌结构特性及其影响规律方面的研究。（1）研究了不同喷射策略对部分预混合燃烧模式缸内燃烧过程及颗粒物排放特性、形态特性及微纳结构的影响，结果表明：单次喷射

6、策略在常规喷射模式下，颗粒物总数量和质量浓度都很高，此时颗粒物以聚集模态为主。早喷PPC模式时颗粒物质量浓度大幅下降，以核模态为主。喷油压力可以降低聚集模态颗粒物数量浓度，增加核膜态颗粒物数量浓度。两阶段喷射策略下，颗粒物以聚集模态为主。合理调节预喷正时及预喷燃油比例可以使颗粒物总数量和质量浓度同时降低。早喷PPC模式下生成颗粒物纳米结构比较复杂，颗粒物不定形碳内核与层状外壳的界限并不清晰，基本颗粒粒径均值、分形维数及微晶长度均有明显下降。在预喷PPC策略中出现更多较长较细的链条状的颗粒物，很小的团聚体数

7、量相比于单次喷射策略有所下降。较早的预喷正时下，基本颗粒粒径均值和微晶长度均下降。（2）研究了掺混高比例丁醇部分预混合燃烧模式下，发动机尾气碳烟颗粒物排放特性与形貌结构的影响，结果表明：在单次喷射策略下，随着丁醇掺混比例的提高，聚集模态颗粒物峰值降低，核膜态颗粒物峰值剧烈升高，表明掺混丁醇使得排放颗粒物趋于小径化。而在两阶段喷射策略下，随着丁醇掺混比例的提高，颗粒物的总数量I华中科技大学博士学位论文浓度及总质量浓度有比较明显的下降。随着正丁醇比例的升高，颗粒物微晶条纹更加扭曲，结构缺陷更加明显，基本颗粒粒

8、径均值、分形维数及微晶长度均有所下降。表明添加丁醇改变了颗粒物碳化的过程，使其具有更高的反应活性。（3）研究了PPC模式下后喷策略与高含氧特性对发动机颗粒物特性及颗粒物形貌的协同影响效应，结果表明：使用纯柴油时，颗粒物总数量浓度随着后喷正时的不断推迟总体上呈下降趋势，当后喷正时晚于15°CAATDC时，总数量浓度低于基线水平；使用B50混合燃料时，相比于基线，使用后喷策略可以小幅度地降低颗粒物数量浓度。使用三类不同燃料时，随着