论文部分内容阅读
我国汽车工业的发展正面临着日益严峻的能源供应和环境保护双重压力。对内燃机缸内工作过程尤其是燃烧过程的研究成为当今内燃机研究的热点,其中用数值仿真的方法进行燃烧过程的模拟可以较好的全面预测内燃机的性能,代替部分发动机试验,在不受时空限制的条件下进行各种不同工况的变参数研究,指导设计开发新型燃烧系统发动机,优化原有发动机的性能参数,还能对不同燃料的动力和排放性能作出预测,具有很强的生命力和优越性。二甲醚（DME）是一种新型的、清洁的柴油机替代燃料。发展新的清洁能源,尤其是符合我国能源资源特点的汽车代用燃料已迫在眉睫。二甲醚由于其特殊物化特性,能够实现高效低污染燃烧,并改善我国的能源结构,近年来日益受到人们的重视。目前,二甲醚在柴油机上进行推广应用还处于研究阶段,研究二甲醚的燃烧特性,对于开发和优化二甲醚发动机具有指导意义。目前,二甲醚发动机的研究主要有台架试验研究和仿真模拟研究。国内外主要台架试验研究都是在传统柴油机上经过燃油系统的局部改造,进行二甲醚燃料的替代。而二甲醚作为柴油机仿真模拟研究历史很短。本文基于美国Los Alamos国家实验室主持研究开发的多维燃烧模拟程序KIVA研究二甲醚的燃烧。但是,KIVA本身程序里没有二甲醚的燃料库、相关参数、相关模型以及燃烧方程,KIVA程序本身不能够直接做二甲醚燃料的燃烧过程运算,要使KIVA程序具有运算二甲醚的燃烧的能力就必须建立二甲醚燃烧数值仿真计算平台。为建立二甲醚（DME）燃烧过程的数值仿真计算平台,在KIVA源程序中向燃料库（fuelib.f）添加液态DME的各种物性参数数据模块,并修改了DATA定义块,重新编译生成EXE可执行文件,针对二甲醚燃料建立了油束模型和燃烧模型,并把这些数学模型耦合入KIVA后形成子程序inject、pmovtv、break、colidenn、evapd、Chem、chempm、Pmom、pcoupl等。利用上述建立的二甲醚发动机燃烧的计算模拟平台,研究了二甲醚、柴油燃烧过程缸内平均压力、温度的对比;二甲醚、柴油燃烧过程缸内NOx生成量、PM生成量的对比;二甲醚、柴油燃烧过程放热率的对比;二甲醚、柴油燃烧过程缸内温度场的对比;二甲醚燃烧过程中各组分含量的变化;二甲醚发动机在不同负荷下的动力及排放性能。通过对二甲醚的燃烧过程仿真计算与分析表明:在相同燃料喷射提前角和相同热值循环喷油量下,燃用二甲醚的发动机相对于燃用柴油的发动机具有较低的最高爆发压力和缸内平均温度,工作状态比较柔和;同时,燃用二甲醚的发动机相对于燃用柴油的发动机具有较低的NOx排放量,并且PM生成总量远远低于柴油机,其数量级与试验研究结果吻合,且达到了欧Ⅲ排放法规的要求。燃用二甲醚的发动机相对于燃用柴油的发动机的燃烧时刻应相对提前。对应不同时刻的二甲醚发动机缸内最高温度均小于柴油发动机,且高温分布范围较小,这将抑制NOx的生成。燃用二甲醚的发动机相对于燃用柴油的发动机的燃烧过程中,缸内组分O2、CO、CO2量较少。本文建立了二甲醚发动机燃烧过程数值仿真平台,仿真平台具有一定的精确度,能够用来研究二甲醚发动机的燃烧,为进一步剖析二甲醚发动机的燃烧机理提供了仿真平台,对优化二甲醚发动机的结构参数设计具有一定的指导意义。