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《多因素匹配降低生物柴油发动机no_x排放的数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第1期(总第186期)车用发动机No.1(SerialNo.186)2010年2月VEHICLEENGINEFeb.2010多因素匹配降低生物柴油发动机NOx排放的数值模拟安玉光,王忠,毛功平,侯令川,李铭迪(江苏大学汽车与交通工程学院,江苏镇江212013)摘要:利用CFD2FIRE软件对1台燃用生物柴油的直喷自然吸气式柴油机建立了喷雾和燃烧计算模型,并进行了模型修正。基于正交试验法进行数值模拟计算,考察了供油提前角、EGR率、喷雾夹角和喷孔直径4个因素对生物柴油发动机NOx排放的影响。通过极差分析与方差分析,确定了因素的
2、主次关系,并对最优化匹配方案进行了预测。研究结果表明,EGR率为影响NOx生成的最显著因素,其次分别为喷孔直径、供油提前角及喷雾夹角。最佳匹配方案:供油提前角为7°CA,EGR率为0.15%,喷雾夹角为150°,喷孔直径为0.27mm。关键词:柴油机;生物柴油;正交试验;数值模拟;氮氧化物中图分类号:TK432.2文献标志码:B文章编号:100122222(2010)0120056204生物柴油作为1种代用燃料,具有优异的理化燃料特性方面有显著的不同,上述燃料特性对喷雾、性能和排放优势。在柴油机燃用生物柴油时,CO2,燃烧和
3、排放均有较大的影响。FIRE8.3中没有专[122]HC,CO和炭烟的排放均有不同程度的降低。门关于生物柴油的模型,因此,在用FIRE进行生物然而生物柴油为含氧燃料,其NOx排放呈升高的趋柴油喷雾和燃烧数值模拟时,需要对一些模型参数[324]势。目前,国内外很多学者都开展了关于降低生进行修正。选用的模型见表1。物柴油NOx排放的研究工作,如清华大学于超等人表1计算模型研究了EGR率对燃用生物柴油的重型柴油机NOx着火模型Diesel[5]排放的影响;美国N.Nurun等人也研究了EGR燃烧模型EddyBreakupModel
4、[6]率对生物柴油发动机NOx排放的影响;江苏大学排放模型(NOx)Zeldovich王忠等人以增压器、喷油器、喷油泵以及供油提前角紊流扩散模型O_Rourke为试验因素,进行了柴油机低排放的匹配,降低了颗粒碰撞模型Schmidt[7]NOx和PM排放;美国P.James等人研究了喷油壁面交互模型Walljet1[8]正时对生物柴油发动机NOx排放的影响。这些蒸发模型Dukowicz研究只是针对单个因素对生物柴油发动机NOx排破碎模型WAVE放的影响,多因素匹配对燃用生物柴油NOx排放影1.1.1喷雾模型响的研究还鲜见于文献
5、。本研究采用AVL2FIRE在FIRE喷雾模型WAVE中,C2是主要调整软件,结合正交试验法,对供油提前角、EGR率、喷的参数,其值与燃料黏度有关。C2数值越小,破碎雾夹角和喷孔直径4种因素进行了数值模拟,研究时间越短,液滴的平均直径越小,贯穿距离越小。生这4种因素匹配对燃用生物柴油NOx的影响。通物柴油黏度比柴油黏度大得多,因此调整C2参数为15。过极差分析和方差分析,确定各因素的主次关系,对1.1.2着火模型YZ4102QF柴油机NOx排放的最优化匹配方案进在FIRE自着火模型中,反应系数RC用来表征行了预测。中间产物生
6、成速率。考虑到生物柴油的分子链长度1计算模型及模型修正比柴油长,分子质量较大,十六烷值较高,较为容易1.1计算模型着火,修改RC可以提高中间物质的转换速度,根据生物柴油与柴油在十六烷值、黏度和含氧量等反应系数与燃油的关系,调整生物柴油的反应系数收稿日期:2009210214;修回日期:2010201208基金项目:国家自然科学基金项目(50776042);江苏省“青蓝工程”;江苏省高峰人才项目资助作者简介:安玉光(1987—),男,在读硕士,主要研究方向为内燃机代用燃料和工作过程;tumenboy@126.com。2010年
7、2月安玉光,等:多因素匹配降低生物柴油发动机NOx排放的数值模拟·57·为1e+8。1.3计算模型的验证1.1.3燃烧模型为验证计算模型的有效性,将计算结果与实测埃迪破碎模型参数与燃油的分子结构和燃油成示功图进行比较。图2示出YZ4102QF柴油机标分有关,其值增大,燃烧速率增大。生物柴油芳香烃定工况下示功图的计算值与试验值的比较。可以看成分较少,分子链一般为直链,因此,生物柴油的埃出,两者着火时刻基本相同,模拟压力峰值略有升迪破碎模型参数修改为15.2。高,但误差很小,说明该计算模型准确可靠,可以进1.1.4燃料模型行下一
8、步的计算。FIRE8.3中没有生物柴油燃料的选择,因此需要在输入界面中设置燃料的C,H和O,本研究设置生物柴油的分子式为C19H36O2。1.2计算网格及初始条件试验基于YZ4102QF直喷式自然吸气柴油机,其主要参数见表2。试验柴油机燃烧室为轴对称结构,5孔喷油器,为节省计算资源和减少计
