【摘 要】
:
为了实现碳减排的目标,本文在反应活性控制压燃(RCCI)发动机中引入氢气燃料,并利用上止点附近喷入的柴油将其充分引燃。采用氢气/柴油二元燃料简化反应机理,并将其耦合在多维计算流体力学(CFD)模型KIVA-3V中,全面评估氢气/柴油RCCI发动机的性能表现及应用潜力。首先,从热力学第二定律的角度出发,详细对比氢气/柴油RCCI与汽油/柴油RCCI在燃烧特性、能量分布、(火用)分布方面的差异。结果表
论文部分内容阅读
为了实现碳减排的目标,本文在反应活性控制压燃(RCCI)发动机中引入氢气燃料,并利用上止点附近喷入的柴油将其充分引燃。采用氢气/柴油二元燃料简化反应机理,并将其耦合在多维计算流体力学(CFD)模型KIVA-3V中,全面评估氢气/柴油RCCI发动机的性能表现及应用潜力。首先,从热力学第二定律的角度出发,详细对比氢气/柴油RCCI与汽油/柴油RCCI在燃烧特性、能量分布、(火用)分布方面的差异。结果表明,相较于汽油/柴油RCCI,氢气/柴油RCCI得益于燃烧温度高、燃烧持续时间短、氢气更优的氧化反应路径等优点,在降低(火用)损失方面具有更大优势。其次,为了进一步挖掘氢气/柴油RCCI的潜能,通过将KIVA-3V程序与非支配排序遗传算法耦合,针对氢气/柴油RCCI的七个关键运行参数进行了同步优化。以等效指示燃油消耗率(EISFC)与(火用)损失(Edes)作为优化目标,从而在热力学第一定律和第二定律两方面均实现最大效率,并确定了影响EISFC和Edes的主要因素,相应提出了降低Edes的燃烧控制策略。结果表明,EISFC和Edes之间存在明显的此消彼长关系,意味着二者很难同时最小化。一方面EISFC并非随燃烧温度单调变化;另一方面(火用)损失速率虽然与燃料反应路径和燃烧温度有关,但燃烧温度占据主要作用。虽然降低燃烧(火用)总量也有助于降低Edes,但会以牺牲燃烧效率为代价,并不可取。如果考虑传热和排气(火用)的能量回收,当回收率大于50%时,可以在降低Edes的同时提高总能量利用率,此时优化过程中降低(火用)损失相较提高热效率应该具有更高的优先级。最后,基于优化典型算例,讨论了预混能量比(Rpre)、柴油第一次喷射占比(Fsoi1)、初始压力(Pivc)和废气再循环(EGR)率四个初始参数对目标参数的影响规律:虽然提高Rpre会降低燃烧温度并延长燃烧持续期,但是更高氢气比例带来的反应路径上的优势弥补了二者对Edes的负面影响,所以最终表现出Edes随着Rpre的升高而降低,此外高Rpre可以在维持较低EISFC的同时实现更低的Edes;提高Fsoi1时更高的燃烧温度主导了Edes的降低。由于EISFC随着Fsoi1变化的幅度相对较低,所以可以通过提高Fsoi1在小幅牺牲经济性的同时大幅降低Edes;增加Pivc或EGR率会降低燃烧温度,延长燃烧持续期,导致Edes增加,但是得益于显著降低的传热(火用),Pivc增加时输出功(火用)占比提高;对于当前算例,EGR率对Edes的影响并不明显,且EISFC随着EGR率升高先降低后升高,所以适中的EGR率可以在实现最低EISFC的同时保持较低的Edes。
其他文献
促进学生全面而有个性的发展,这是新高考改革的重要目标追求。选课走班政策,增加了考生在选科时自由的空间,成为学生能全面而有个性的发展的保障政策举措之一。在新高考改革的背景下,通过推进选课走班政策的实施,进而培养学生的兴趣特长和学科优势,是符合党和国家长远教育方针的重要举措。本研究中借助史密斯模型,将教育部门及普通高中作为大连市选课走班政策实施过程中的执行主体,将普通高中在校学生视作目标群体,从政策本
沥青是一种重要的基础建设材料和有机胶结材料,其在道路建设中发挥着关键作用。高温沥青在储存和运输过程中会不断地向环境散热,从而导致沥青温度降低,黏度变大,流动性变差,卸载难度增大。在工程实践中,为了使沥青顺利地从罐内排出,必须对沥青进行加热处理,使其具有一定的流动性。因此对沥青加热过程中的传热及流动特性进行研究,具有十分重要的实际意义。本文采用实验研究和数值模拟相结合的方法研究低温沥青加热软化现象,
高超声速飞行器具有极快的飞行速度和灵活的机动能力,是多领域先进技术的综合体现,具有重大战略意义。高超声速飞行器飞行马赫数越高,机身所承受气动加热越强,严重影响高超声速飞行器的安全。逆喷-发散组合冷却兼备逆喷和发散冷却的优点,成为当下学者们研究的热点。本文以飞行器机翼为研究背景,建立组合冷却模型,对组合冷却结构的流动、换热特性进行数值模拟研究。首先,以机翼前缘为背景建立简化模型,使用Fluent软件
航空煤油实际构成十分复杂,需要构建表征燃料进行模拟研究。通常情况下,表征燃料是通过优化代表组分的组成比例来匹配实际燃料的物化指标完成构建,进而对基础反应器的燃烧进行预测。然而,在构建优化过程中需考虑权重因子对表征燃料的预测效果进行改善,再与合适的候选组分结合实现模型燃料机理构建。选取表征组分需要考虑到燃料的相似性和可行性,在其具备与实际航空煤油相近的物理化学性质时,它们的机理规模也要达到要求以满足
压力容器外部冷却(External Reactor Vessel Cooling,ERVC)作为堆芯熔融物容器内持留(In-Vessel Retention,IVR)的最后一道屏障对于缓解核反应堆事故具有重要意义。本文基于欧拉两流体模型,构建了适用于低压工况的两相CFD模型,利用CFD模拟,并结合弧形流道热流密度分布特点,验证了沸腾曲线预测临界热流密度方法的准确性,对压力容器的安全设计应用具有重要
糖尿病属于我国发病率相对较高的一种慢性疾病,在临床治疗的过程中其病情的控制效果并不理想,大多数患者并无法坚持接受治疗与控制自身行为,可能会导致患者在远期出现有关于微、大血管的并发症,影响患者的身心健康。相关的试验研究表明有效地控制患者的血糖,可以有效改善患者的结局,由此可见规范糖尿病患者的健康管理是非常重要的。而在医学技术高速发展的大背景下,糖尿病健康管理模式层出不穷,有着一定的发展与进步。因此在
疏水性结构壁面可以减少流动阻力,但在实际过程中会削弱换热。而纳米流体是一种不以增加流动阻力为代价就可以强化流动传热的新型介质,若将疏水性结构壁面与纳米流体协同应用,则有望实现在强化传热的同时降低流动阻力,提高良性因子。本文使用CFD的方法研究疏水性结构壁面协同纳米流体的综合性能。该研究建立了接近真实换热情况的气隙换热模型;基于该换热模型,讨论了影响结构壁面换热的两大因素:气隙热阻和速度滑移。并分析
微尺度流动沸腾传热在微机电系统、航空航天、高热流密度微电子等领域具有广阔的应用前景,一直是国内外的研究热点。尽管很多学者在该方面开展了大量研究工作,但是对其机理的认识仍存在一定争议。本文从流型、传热特性及压降等方面切入,对微通道内流动沸腾进行了可视化观测研究。本文建立了微通道流动沸腾实验系统。介绍了实验系统的组成、实验参数测量方法、实验数据处理及不确定度分析,并对实验系统的密封、保温及实验段设计思
淡水资源短缺是如今人类社会生存和发展面临的重大问题,海水淡化技术能够利用地球上充沛的海水资源来缓解这一问题。低温多效横管降膜蒸发被广泛认为是最具发展前景的海水淡化技术之一,其具有传热效率高、热源要求低、操作弹性大和动力消耗小等优点。通过对海水横管降膜流动和传热过程进行数值模拟,来探究不同因素对横管降膜流动和传热的影响机理,可为低温多效横管降膜蒸发技术发展提供参考。本文采用ANSYS16.1系列中F
能源是人类经济社会赖以生存与发展的重要基础。为应对日益增长的能源需求,以及日益严重的环境压力,提升能源体系的效率和可再生清洁能源的利用率,已然成人类发展的重任。以电能、热能和气能的协同作用和可再生能源的互补性为特征的多能流系统是解决当前能源和环境问题的重要手段之一。为解决以上问题,本文以多能流系统统一调度的角度,依据系统建模和优化设计,对多能流系统中的多个区域进行系统的建模与优化研究。首先,介绍了