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防爆柴油机以其高效、安全的优点在矿井动力机械中被广泛使用,但由于其加装了防爆组件,导致其燃烧和排放性能恶化,严重影响矿井工人的身体健康。本文主要通过机内净化和机外净化相结合的方法来优化防爆柴油机的燃烧和排放性能。煤基F-T柴油以其十六烷值高、燃烧效率高、排放污染物少及可以以任意比例与普通柴油混合等优点被认为是清洁高效的柴油机代用燃料。氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)和催化型颗粒捕集器(catalytic diesel particulate filter,CDPF)以其较高的转化效率和捕集效率成为目前降低柴油机尾气排放的有效措施。因此,研究燃用F-T柴油和加装催化型连续性再生颗粒捕集器(DOC+CDPF)对防爆柴油机性能的影响及其工作特性,对改善防爆柴油机燃烧和排放特性具有理论指导意义和实际应用价值。本文以某型防爆柴油机为试验样机,通过台架试验测试并分析了燃用F-T柴油和加装后处理设备(DOC+CDPF)对防爆柴油机性能的影响。利用CONVERGE软件构建了防爆柴油机缸内燃烧模型,对F-T柴油的燃烧特性进行了仿真计算,同时利用AVL BOOST软件构建了DOC+CDPF一维耦合模型,对其内部尾气组分浓度变化、温升及压降进行了仿真分析。1)以发动机台架试验为平台,在加装了进排气阻火器和水洗箱的防爆柴油机上分别燃用0#柴油和F-T柴油。结果表明:与国Ⅵ0#柴油相比,燃用F-T柴油时,防爆柴油机的经济性改善,有害排放物大幅下降,动力性略有下降,但完全满足使用要求。在外特性情况下,燃用F-T柴油时,燃油消耗率平均下降10.9%,CO、NO_x和PM排放分别平均降低80.2%、11.5%和30.6%;在十一工况点下,CO、NO_x和PM排放分别平均降低85.7%、33.9%和43.4%,F-T柴油可以作为防爆柴油机的良好清洁替代燃料。2)利用CONVERGE软件对防爆柴油机燃用F-T柴油及不同喷油参数条件下的缸内燃烧过程进行数值模拟计算。结果表明:与0#柴油相比,燃用F-T柴油时缸内压力、温度和放热率都有所降低,燃烧过程柔和;适当的延迟喷油正时、增大喷油持续期和降低喷油压力,可以改善NO_x排放。3)通过试验分析了后处理设备DOC+CDPF对燃用F-T柴油的防爆柴油机性能的影响,同时对比分析了分别燃用0#柴油和F-T柴油时DOC+CDPF的转化效率。结果表明:后处理设备DOC+CDPF能降低燃用F-T柴油的防爆柴油机的CO、NO_x和PM排放,对CO和PM排放的降低效果非常明显;对于PM排放,燃用0#柴油时的后处理转化效率比燃用F-T柴油时的转化效率要高,而对于气态排放物转化效率影响不是很大。4)利用AVL BOOST软件对DOC+CDPF耦合设备进行了一维仿真研究,结果表明:DOC中的温升现象不是很明显,在距入口50%处氧化反应就基本反应完毕,在燃用F-T柴油的情况下,防爆柴油机可以缩短DOC的长度来节省空间;CDPF的压力损失主要来源于其壁面损失,其初始碳烟量、非对称结构和进口流量都会影响其压降。