基于HCNG发动机的NO_x排放预测模型开发和应用

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1、基于HCNG发动机的NOx排放预测模型开发和应用DevelopmentandApplicationoftheNOxPredictionModelofHCNGEngine(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位：汽车工程系学科：动力工程及工程热物理姓名：饶安(AnasRao)指导教师：马凡华副研究员二○一七年六月关于学位论文使用授权的说明本人完全了解清华大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该论文。(涉密的学位论文在解密后

2、应遵守此规定)签名：导师签名：日期：摘要摘要为研究HCNG发动机NOX排放，作者提出了NOX排放的数值模拟模型，并与广泛使用的火花点火发动机准维燃烧模型关联起来。针对东风和潍柴WP6两款发动机，在不同0掺氢比（0-40%）、不同点火提前角（上止点前13-30CA）、不同空燃比（1-1.73）、不同进气压力（60-230kPa）条件下完成了发动机试验。针对不同发动机运行条件和不同掺氢比，完成了准维燃烧模型模拟计算。运用HCNG发动机准维燃烧模型进行了燃烧压力曲线的标定。当掺氢比为0-30%时湍流强度系数的参数是1.05，随着掺氢比增加，该系数增加

3、到1.25。在不同的发动机运转条件下，对最大压力、平均指示压力、最大压力所对应的曲轴转角、着火延迟时间、微观长度标尺、层流燃烧速度和湍流强度进行了分析。为了研究NOX排放，将发动机缸内压力和温度曲线与NOX生成机理关联起来。NOX生成机理包括：热NOX，瞬态NOX，中间NOX（N2O生成机理）。NOX生成机理的预测结果用曲线形式给出。本文提出了用三区空间模型来计算NOX的生成浓度。根据温度区间，将NOX的生成划分为NO包；同时NO包所对应的曲轴转角区间作为影响因子。发动机缸内燃烧过程被化分为三个区，每一个区内NO生成的总量可根据NO包计算得到。

4、在不同条件下对该模型的适用范围进行了估算。针对不同掺氢比、点火提前角和节气门位置条件下预测了采用EGR后NOX的排放数据，并采用曲线拟合获得了NOX排放的公式。本文提出NOX排放三区空间模型是基于100K和60K两个温度间隔，该模型的误差小于10%。与已有的两个NOX排放模型相比较，该模型的误差要小得多。关键词：NOX机理;三区空间模型;NO包;准维燃烧模型;HCNG发动机IAbstractAbstractInordertostudythenitrous-oxideemissionsofHCNGenginesanumericalNOxpredi

5、ctionmodelhasbeendevelopedandcoupledwiththemostacceptedquasi-dimensionalcombustionmodelofSIengines.Theexperimentshavebeenperformedatthedifferent0hydrogenvolumetricpercentage(0to40%),ignitiontiming(13to30CABTDC),equivalentair-fuelratio(1to1.73),manifold-absolutepressure(60to2

6、30kPa)andspeed(800to2000rpm)ontwoengines(Dongfeng&WP6engines).Thesimulationwiththehelpofquasi-dimensionalcombustionmodelhasbeenperformedatthedifferentoperatingconditionsandvariousHCNGblends.Inthenextphaseofstudy,thesimulationhasbeenperformedatthedifferentoperatingconditionsa

7、ndvariousHCNGblends.Thecombustionpressurecurveshavebeencalibratedbyusingthequasi-dimensionalcombustionmodelofHCNGengine.Thenumericalvalueofturbulentintensityco-efficientis1.05forhydrogenpercentage0to30%whileitincreasesto1.25forhigherhydrogenfraction.Theprimarycombustionattri

8、butessuchas:themaximumpressure,indicatedmeaneffectivepressure,crankanglecor