摘 要

本文根据发动机台架试验，通过配制不同掺混比例的正丁醇‐柴油混合燃料，分析了内燃机在不同正丁醇掺混比例对柴油机缸内燃烧特性和排放特性的影响。并且利用AVL Fire软件建立三维计算模型，研究在不同的EGR 率下的燃烧和排放特性。研究结果如下：

1. 当柴油机负荷为30%，50%，70%时，缸内压力和放热率峰值随着混合燃料掺混比增大而增加。随着正丁醇掺混比例增加，柴油机排放物的CO和HC 的排放量呈现升高的趋势；在小负荷工况下，NO的排放量逐次降低，在大负荷工况下，NO排放是呈现上升的趋势。
2. 将适量正丁醇加入柴油中，可以使正丁醇混合燃料在缸内燃烧的速度加快，消除了部分因为增大EGR率给燃烧和排放带来的消极方面。在高的EGR率下，含有较多的惰性气体可以减少富氧燃烧，有效的抑制了NO的生成。但是由于混合燃料始终是含氧的，这会对NO的生成起到促进作用，但是总而言之在两方面的因素下，NO的最终生成略有降低；同时Soot 的最终生成量随EGR率的增大而降低。

关键词：正丁醇柴油混合燃料 掺混比 变负荷 燃烧特性 排放特性 数值模拟

Abstract

According to the test of engine bench，The paper studies the influence of different mixing ratios of n-butanol ‐ diesel mixed fuel on the combustion characteristics and emission characteristics by using different mixing ratios of n-butanol. In addition, The paper establish a three-dimensional computing model to study the combustion and emission characteristics at different EGR rates by AVL Fire software. The results are as follows:

(a) When the diesel engine load is 30%, 50% and 70%, the in-cylinder pressure increases with the increase of the blending ratio of the blended fuel. With the increase of n-butanol blending ratio, the CO and HC emissions of diesel engine show an upward trend; under the condition of small load, the emission of NOx decreases step by step, while under the condition of large load, the emission of NO shows an upward trend.

b) By mixing n-butanol into diesel oil, the combustion rate can be accelerated and the negative effects of EGR on combustion process can be improved. High EGR rate can inhibit the formation of effective NO, but because of the oxygenated combustion of mixed fuel, the formation of NO can be promoted, but the final production of NO decreases slightly in general; the final production of Soot increases with the increase of EGR rate, but the final production of Soot can be effectively reduced by adding oxygenated fuel.

Key words: N-butanol diesel blend; Mixing ratio; Variable load; combustion characteristic; Emission characteristics; numerical simulation

目录

第一章 绪论 3

1.1引言 3

1.2国内外研究进展 3

1.3本文研究目标意义及内容 4

1.3.1本文研究内容 4

1.3.2本文研究目标及意义： 4

第二章 试验装置及其试验方案 6

2.1试验装置 5

2.1.1发动机主要技术参数 6

2.2试验主要仪器设备 6

2.3燃料的物性参数 7

2.4 本文的试验方案 7

第三章 计算模型的建立 9

3.1 网格划分 9

3.2 缸内初始条件的设定 9

3.3 时间步长设定 9

3.4边界条件的设定 10

3.5模型验证 10

第四章 燃烧及排放特性研究分析 11

4.1缸内压力随掺混比的变化 11

4.2放热率随掺混比的变化 14

4.3 排放物随掺混比的变化 14

4.3.1 CO随掺混比的变化 15

4.3.2 NO随掺混比的变化 15

4.3.3 HC随掺混比的变化 16

第五章 模拟条件对发动机燃烧和排放性能的影响 18

5.1 不同EGR下发动机的燃烧特性研究 18

5.2不同EGR下发动机的排放特性研究 19

第六章 全文总结 21

参考文献 22

致谢 23

第一章 绪论

1.1引言

内燃机作为一种具有较高热效率的，被广泛应用的，操作简单方便并且结构紧凑的机械结构，因此被广泛应用于大型货车、轮船、工业电站及工程机械等领域，推动了社会工业化的进程[^[1]]。内燃机广泛应用给人们带来许多的便利以及巨大的效益的同时，但是也因为大量使用化石燃料带来各种各样的问题。其中以能源危机和环境污染最甚。

其中一个很重要的问题就是能源危机。按照当前人类对原油的开采速度，全球石油的储量仅供人类使用54年[^[2]]。而我国是一个多煤少油的国家，从1993年起，我国所使用的石油大部分依赖进口，且现在的国际贸易形式也不是很理想，原油的进口都受到各种国际因素的影响，对人们的生活各方面都会造成影响。且汽车行业又完全离不开石油，在我们国家的石油消耗中，内燃机又消耗了很多的石油，在2005年的统计报告中，汽油消耗占国内汽油生产的87%，柴油消耗占柴油总产量的40.7%，所消耗的石油总量占全国石油消耗总量的30%左右[^[3]]。

另外一个问题就是环境污染问题。内燃机使用化石燃料会产生多种有害物质，例如碳氢化合物HC、一氧化碳CO、NO_X及颗粒物PM，这些物质都会对人体产生巨大的危害。比如排放物中的NO_X和HC，这些化合物在地表附近会在阳光紫外线的作用下，发生光化学反应生成含有毒臭氧的光化学烟雾[^[4]]。光化学烟雾会对人体产生十分严重的危害，除此之外，它被吸入人体后与水反应生成硝酸，还会对人类的其他器官产生危害，如鼻子、咽喉等，引起咳嗽，哮喘甚至肺气肿以及心肌损伤。它不仅给人类的身体健康带来了巨大的危害，也会形成酸雨对建筑物造成腐蚀。因此，光化学烟雾的出现给我们带来了很大的困扰。颗粒物PM会悬浮在大气中不沉降，会吸入人肺部造成机械性超负荷损伤肺内各通道的自净机制，促进其他污染物的毒害作用。除此以外，发动机排放出的大量CO₂也是引起全球气候变暖加剧温室效应、使大海平面上升的重要因素之一。