预混合氢气对柴油机燃烧与排放性能的影响.pdf

第 1期(总第 222期) 车 用 发 动 机 No．1(SerialNo．222) 2016年 2月 VEH 1CLE ENGINE Feb．2016 预混合氢气对柴油机燃烧和排放性能的影响 姚嘉琪，潘剑锋 ，肖曼，陈林林 (江苏大学能源与动力工程学院，江苏 镇江 212013) 摘要：针对预混合氢气的柴油机，在AVLFire软件上建立了计算模型，并与试验结果进行对 比，验证模型的 准确性 。在此基础上改变 了喷射策略，对发动机缸 内工作过程及相应的燃烧和排放性能进行数值模拟和分析 。研 究结果表明：随着预混合氢气质量分数的增加 ，缸 内压力和温度升高，NO 排放恶化，Soot排放改善；随着预喷射油 量和预喷间隔角的增加，NO 质量分数升高，Soot质量分数降低；随着后喷射喷油量的增加，缸 内压力和放热率稍 微减小，NO 和 Soot质量分数降低 ；随着后喷间隔角的增加 ，缸 内压力、放热率、NO 和 Soot排放均未发生明显 变化 。 关键词 ：柴油机 ；预混合 ；氢气 ；多次喷射 ；燃烧 ；排放 DOI：10．3969／j．issn．1001—2222．2016．01．013 中图分类号：TK421．2 文献标志码 ：B 文章编号：1001—2222(2016)01—0068—05 柴油机广泛应用于工业与交通的各个领域 ，因 序火焰模型(EcFM一3Z)，该模型是基于火焰面密度 此柴油机的排放问题倍受关注_1]。柴油机预混合氢 输运方程增加了预混模型，模拟空气与燃料 问的亚 气是在柴油机的进气道 中加入均质预混 的氢气 ，可 格子湍流混合 。温度型NO 生成模型选用 Zeldov— 以实现缸 内燃烧的分层分布和部分预混合的燃烧模 ich模型，Soot生成模型选用 Kennedy—Hiroyasu— 式 ，能够实现 中小负荷工况下的NO 和 Soot生成 Magnussen模型[。 量同步减少[2]。因此 ，把氢气作为发动机燃料 的研 表 1 发动机主要参数 究 日益受到重视[3]。另一方面 ，随着柴油机高压共 行程 ／mm 轨技术的发展，多次喷射技术也逐渐成为优化燃烧 连杆长 ／mm 过程和改善排放的重要手段 ，国内外许多专家学者 缸径 ／mm 对此进行 了相关研究L4明。本研究采用 AVL—Fire 循环喷油量 ／g 软件对柴油机预混合氢气燃烧模式进行模拟计算， 喷孔数 分析不同喷射策略下预混合氢气对柴油机燃烧性能 喷孔直径 ／mm 和排放性能的影响。 喷雾锥角 ／(。) 1 模型的建立及验证 喷油时刻 (BTDC)／(。) 喷油持续时间／(。) 本研究基于 AVL—Fire软件对文献 [7]中的柴 油机燃烧试验进行模拟计算建模及验证，发动机的 基本技术参数见表 1。对燃烧室进行动态 网格划 分 ，网格数量分别为 105200，76300和564700。在 验证网格无关性后 ，选取 76300的网格 ，在上止点 位置的网格划分见图1。 模拟计算 中湍流模型选用 k—zeta—f模型，喷雾