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进气组分设计是改善柴油机燃烧、降低油耗与排放的一种有效手段。本文从优化进气组分改善燃烧过程并实现同时降低NOx和PM排放的角度出发,以单缸135试验柴油机为研究对象,应用三维KIVA-3V软件对柴油机进气加氢、二甲醚及不同CO2浓度条件下的燃烧与排放特性进行了数值模拟研究,探寻进气组分设计的优化方案与策略,从而为柴油机高效清洁燃烧系统的开发提供理论指导与设计参考。柴油机进气组分中添加不同比例氢气条件下的燃烧与排放特性的数值模拟结果表明：随着进气组分中氢气比例的增加,柴油机燃烧始点前移,缸内压力、缸内温度有所升高,最大爆发压力和最高缸内温度明显增大；碳烟和CO生成时刻前移,峰值先增加后减小,生成量先增加后减小,但是NOx排放逐渐增加。为了探索进一步控制NOx排放的进气组分设计方案,接下来在进气掺氢气比为0.4的基础上,计算分析了不同进气CO2浓度对柴油机燃烧与排放特性影响,结果表明：当进气组分中CO2质量分数为20%时,相对于原机纯柴油情况,NOx排放降低了91.3%,碳烟排放则降低了29.9%。论文还计算分析了进气组分中添加不同比例二甲醚对柴油机燃烧与排放的影响。结果表明：随着柴油机进气组分中二甲醚比例的增加,燃烧始点前移,最高缸内温度和最大爆发压力增大,且峰值对应的曲轴转角相对提前,碳烟排放明显降低,NOx增加较多,CO先增加后减小。随后,在柴油机进气掺二甲醚比例为0.4的基础上,对比分析了不同进气CO2的浓度条件下的燃烧与排放特性,结果显示：当进气组分中CO2质量分数为20%时,柴油机的NOx排放相对于原机纯柴油情况降低了92%,碳烟排放几乎为零。本研究以数值模拟为手段,探索了进气添加高辛烷值燃料(氢气)和高十六烷值燃料(二甲醚)及CO2组分对柴油机燃烧与排放的影响,通过对进气组分的优化设计实现了同时降低了碳烟和NOx排放的目标,为下一步进行的柴油机燃烧试验提供了有力支持。