柴油机低温燃烧数值模拟研究.pdf

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1、第36卷第3期武汉理工大学学报(信息与管理工程版)Vo1．36No．32014年6月JOURNALOFWUT(INFORMATION&MANAGEMENTENGINEERING)Jun．2014文章编号：2095—3852(2014)03—0312—04文献标志码：A柴油机低温燃烧数值模拟研究李雪飞，肖合林(武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉430070)摘要：运用KIVA软件模拟分析了不同EGR率和喷油提前角对柴油机低温燃烧性能的影响，结果表明，增大EGR(exhaustgasrecycling)率能够有效降低缸内燃烧温度，使NO的排放降低，但随着EGR率的增大，柴油机Soot的排放会有

2、一定的升高。晚喷能够更好地实现柴油机低温燃烧方式，使柴油机NO和Soot排放同时降低，但喷油时刻过晚，NO和Soot的排放会有一定的回升。关键词：柴油机；低温燃烧；数值模拟中图分类号：TK4DOI：10．3963／j．issn．2095—3852．2014．03．005柴油机是一种高效、低能耗的动力机械，有着表1发动机参数广泛的应用，但如何同时降低氮氧化物和碳烟两项目参数缸径／ram1l2．0种排放物一直是一个世界性难题¨J。近年来，行程／mm145．0低温燃烧作为一种很有潜力的新型燃烧方式，其连杆长度／ram228．0压缩比16．5同时降低NO和碳烟排放的能力引起了世界各涡流比1．3国学

3、者的注意，成为了国内外的研究热点，并取得喷孔直径／ml65．O喷油锥角／(。CAl51．0了一些宝贵的成果。笔者采用数值计算的方法，对柴油机低温燃烧进行了分析和研究。示，该网格为柴油机上止点处的计算网格，笔者所1计算模型研究柴油机的8孑L喷油嘴位于燃烧室中心，是一个轴对称的结构，为了节约计算时间，计算中将燃笔者以柴油机为研究对象，通过模拟计算方烧室8等分，每份占用一个喷孑L，任选其中一份作法，研究了柴油机的喷油提前角和EGR率对柴油为计算域并划分网格。机燃烧及排放性能的影响。在模拟计算中，采用shell着火模型、K一湍流模型和离散液滴(DDM)喷雾模型，碳烟生成采用广安一Nagel两步模型

4、，氮氧化合物生成采用扩充的Zeldovich机理。2计算网格和参数设置2．1柴油机基本参数实验柴油机为6缸8孔喷嘴柴油机，其主要图1计算网格技术参数如表1所示。2．2计算网格2．3初始条件和计算边界条件通过CFD软件KIVA对柴油机的燃烧过程进生成计算网格模型后，模拟计算燃油采用与行模拟计算，采用燃烧室增加侧隙倒三角容积的柴油物化性质比较接近的CH。，为了能有效地方式以满足可靠的压缩比，其计算网格如图1所计算，需要设置合适的初始条件和边界条件。表收稿日期：2013—12—22．作者简介：李雪飞(1988一)，男，重庆人，武汉理工大学汽车lT程学院硕士研究生．基金项目：教育部博士点科研基金资

5、助项目(20020487022)；国家重点基础研究发展规划基金资助项目(2001CB209207)314武汉理工大学学报(信息与管理工程版)2014年6月率下降，平均压力降低。(2)柴油机排放性能分析。由图5可以看出，随着EGR率的增大，缸内最高温度的分布区域减少。NO的生成区域主要在高温区域，NO的生成会随着EGR率的增加而减少。EGR率越大，更多的废气替代空气，使气缸内的氧气浓度降低，阻滞了燃烧反应速率，使缸内最高燃烧温度有所降低。由图6可看出，Soot排放随EGR率增大而升高。随着EGR率的增大，更多的废气进入进气道，导致进气阻力增大，使缸内混合气的过量空图9放热率曲线气系数变小，引

6、起烟度的增加J，同时，EGR率增加，缸内氧气体积分数降低，导致燃油燃烧不充分下行，燃烧空间增大，燃烧室内高温高压引起的内而更易生成Soot。高温和富氧能够促进NO的生外压力差以及强挤流的作用使得气流以较大的速成。如图7所示，随着EGR率的增大，NO的排率从燃烧室内向外流出，此时喷油能使燃油与空放降低。当EGR率达到30％时，NO排放可降到气更充分地混合。而上止点时刻喷油，由于缸内75％左右，但Soot排放急剧增加。因此在考虑满气体流动小，燃气混合不充分，导致燃油燃烧不充足柴油机的经济性和动力性要求时，选择合适的分，因而其最高放热率最小。EGR率来降低其排放变得尤为重要。3．2．2喷油提前角

7、对排放的影响3．2喷油提前角的影响图10为柴油机NO随喷油提前角变化的变3．2．1喷油提前角对缸内特性影响化曲线。随着喷油时刻的延迟，NO的质量分数图8为柴油机缸内平均压力曲线，随着喷油降低，喷油时刻在ATDC4。CA时，NO的质量分时刻的延迟，柴油机的缸内最高压力有下降的趋数有一定的变大。NO的生成主要受缸内温度的势。随着喷油时刻的推迟，由图9的放热率曲线影响，缸内温度越高，就越容易生成NO。随着喷可知，缸内混合气着火