多種噴油策略對某柴油機Soot生成氧化過程影響數(shù)值模擬研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、柴油機在工作過程中生成的soot危害主要有兩點:首先會在排氣沖程中隨廢氣排出并進(jìn)一步形成PM排放到大氣環(huán)境中造成空氣污染,其次可能會附著在缸套上并最終混入機油當(dāng)中,造成機油的品質(zhì)變差。當(dāng)前越來越嚴(yán)格的排放法規(guī)也使得更加細(xì)致的研究缸內(nèi)soot生成和氧化過程變得必要。
  本文的主要工作是基于CONVERGE軟件,對某柴油機在小負(fù)荷工況下在五種不同的噴油策略下的缸內(nèi)soot生成和氧化過程展開研究。燃燒使用了包含多環(huán)芳香烴(PAH)機理

2、在內(nèi)的詳盡化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)機理文件,機理規(guī)模為100組分,432化學(xué)反應(yīng)。soot模型則采用基于矩的方法進(jìn)行模擬,soot前驅(qū)物為PAH。五種策略分別為基準(zhǔn)噴射(Inject_Base)、推遲噴射(Inject_AtLater)、四次噴射(Inject_4Times)、雙次噴射第二次噴射時改變噴孔位置以及噴霧錐角(Inject_2Times)和雙次噴射第一次早噴、第二次上止點附近噴射(Inject_2TimesAtEarly)。隨后在一維

3、結(jié)果、二維結(jié)果、三維結(jié)果以及soot相關(guān)變量關(guān)聯(lián)分析四個方面展開分析,研究不同噴油策略對soot生成氧化過程的影響。
  本文的另一個主要內(nèi)容則是基于面向?qū)ο笏枷胪瓿烧麄€soot模擬過程的構(gòu)建。使用Python編程語言、PyQt以及Pandas數(shù)據(jù)分析庫構(gòu)建三個類:ExpObject、SootObject以及ModelDieselSootFormationObject。類由屬性和方法組成,而在定義類時通過聲明變量類型提供了必要的訪

4、問權(quán)限控制。通過類的構(gòu)建來實施整個數(shù)值模擬計算這一過程,從而將soot模擬計算這一過程完全以程序化的語言表述,方便的將案例的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和重構(gòu),從而更加有效的對案例進(jìn)行管理。本文主要結(jié)論如下:
  1)與試驗數(shù)據(jù)相比,當(dāng)前選擇物理模型能夠比較準(zhǔn)確的預(yù)測模擬機型缸內(nèi)壓力的發(fā)展,并且比較可靠的應(yīng)用于噴油策略的定性研究中。
  2)零維結(jié)果分析表明不同噴油策略在性能和排放之間存在取舍。Inject_Base擁有最大的IMEP和最小

5、的PM soot排放,Inject_4Times則擁有最小的壓力升高率。Inject_AtLater則擁有最小的NOx排放。沒有能夠滿足所有要求的噴油策略而是要更具具體的需要選擇適當(dāng)?shù)膰娪筒呗浴?br>  3)溫度當(dāng)量比結(jié)果分析表明,A4和C2H2的分布比較類似,均分布在相對低溫(小于2000K)高當(dāng)量比(大于1.5)區(qū)域,但C2H2的最大值出現(xiàn)在最高當(dāng)量比區(qū)域而A4的最大值則出現(xiàn)在中間高當(dāng)量比區(qū)域。OH分布在相對高溫(大于2000K)

6、低當(dāng)量比(小于1)區(qū)域。
  4)三維結(jié)果分析表明五種噴油策略因為不同的噴油時刻以及對應(yīng)時刻不同的缸內(nèi)流動狀態(tài),而產(chǎn)生了不同的溫度以及當(dāng)量比分布,也因此產(chǎn)生了不同的A4、C2H2以及soot分布。在三維云圖中,soot、C2H2與A4的分布比較接近。高溫區(qū)域包裹著中間的低溫高當(dāng)量比區(qū)域,該區(qū)域內(nèi)將形成A4、C2H2以及soot,高溫區(qū)域的外圍則是OH層,該層和最高溫區(qū)域相對應(yīng),往往是擴散火焰的位置。
  5)soot相關(guān)變量

7、分析主要考察兩組變量的相關(guān)系數(shù),第一組為Hiroy_soot、PM_soot、A4、C2H2與equiv ratio bin之間的相關(guān)系數(shù)。equiv ratio bin是指當(dāng)量比處在1.0-1.1、1.1-1.2、1.2-1.3、1.3-1.4、1.4-1.5、1.5-1.6、1.6-1.7、1.7-1.8、1.8-1.9、1.9-2.0之間的單元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。第二組為Hiroy_soot、PM_soot、A4、C2H2四個變量之間的相

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