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无氮（O₂/CO₂）环境下柴油机燃烧过程与排放特性研究

作　者: 王作峰
导　师: 左承基
学　校: 合肥工业大学
专　业: 车辆工程
关键词: 柴油机无氮（O2/CO2）燃烧热化学分析数值模拟台架试验
分类号: TK421
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

汽车工业的高速发展,给国家带来节能、减排的双重压力。为应对能源危机和日益严格的排放法规,本文作者结合相关研究工作和国际最新燃烧理论发展趋势,提出了一种柴油机燃烧新方法：无氮燃烧,即以无氮进气(O2/CO2)代替常规空气进行燃烧。以期探索一条能够实现柴油机高效、超低排放的技术途径,破解柴油机“NOx-碳烟”折衷曲线难题。在这一思想的指导下,本文对柴油机采用无氮(O2/CO2)燃烧技术进行了探索性基础研究。研究工作主要从热化学分析、数值模拟、台架试验三个方面展开。热化学分析：定义了一系列柴油机无氮燃烧新概念,包括理论气燃比、实际气燃比、理论氧燃比、实际氧燃比、过量气系数、过量氧气系数等。从燃烧热化学角度进行了无氮燃烧化学反应方程式计算和试验数据计算,并与常规进气做了对比分析。分析发现,无氮进气时发动机具有更高的过量气系数和过量氧气系数,更适合在较高负荷下工作,以此来获得更大的功率输出。数值模拟：无氮进气,喷油提前角不变,O2浓度低于0.5不燃烧,高于0.5随着02浓度的增加滞燃期缩短,最大爆发压力升高；无氮进气,O2浓度不变,适当增大喷油提前角,可以降低燃烧所需要的O2浓度,提前角过大则会出现不正常燃烧；O2浓度为0.65时发动机综合性能指标最佳；柴油机进行无氮燃烧,O2浓度控制不当,会使烯烃、醛类等非常规排放物增加；无氮燃烧排放物中CO2浓度较高,有较高的回收利用价值。台架试验：无氮进气,NOx排放量几乎为零；相同喷油提前角,碳烟排放量随O2浓度的增大而减少；相同O2浓度,适当增大喷油提前角可有效降低碳烟排放,过大则会使碳烟排放恶化；水温和O2浓度是影响HC和CO排放量的两个主要因素,适当提高水温和O2浓度可有效的降低HC和CO的排放量；喷油提前角为22°CA BTDC、O2浓度为0.65时能够实现超低排放,且怠速运转平稳、机械损失少、燃烧放热持续时间长,燃烧过程柔和。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-9
致谢  9-15
第一章绪论  15-23
  1.1 研究背景和意义  15-19
    1.1.1 中国汽车工业发展现状  15-16
    1.1.2 中国面临节能减排压力  16-18
    1.1.3 本文研究意义  18-19
  1.2 无氮(O_2/CO_2)燃烧技术国内外研究现状  19-21
    1.2.1 国外研究  20
    1.2.2 国内研究  20-21
  1.3 本文的课题来源、研究内容及创新之处  21-23
第二章柴油机无氮(O_2/CO_2)燃烧热化学分析  23-30
  2.1 引言  23
  2.2 无氮进气  23-27
    2.2.1 化学反应方程式计算  23-25
    2.2.2 试验数据计算  25-27
  2.3 常规进气  27-29
    2.3.1 化学反应方程式计算  27-28
    2.3.2 试验数据计算  28-29
  2.4 对比分析  29
  2.5 本章小结  29-30
第三章无氮(O_2/CO_2)环境下柴油机燃烧过程数值模拟  30-48
  3.1 引言  30-31
  3.2 参数设定和模型建立  31-38
    3.2.1 常规进气  31-36
    3.2.2 无氮进气  36-38
  3.3 模拟结果及分析  38-47
    3.3.1 喷油提前角不变  38-41
    3.3.2 改变喷油提前角  41-44
    3.3.3 燃烧产物的分析  44-47
  3.4 本章小结  47-48
第四章发动机台架试验系统  48-57
  4.1 引言  48
  4.2 进气系统的改装设计  48-53
    4.2.1 进气切换装置  49
    4.2.2 稳压箱和气体混合器  49-50
    4.2.3 流量计  50-52
    4.2.4 连接部件  52-53
  4.3 试验台架总体布置和仪器介绍  53-56
    4.3.1 试验台架总体布置  53-54
    4.3.2 试验仪器介绍  54-56
  4.4 本章小结  56-57
第五章柴油机无氮(O_2/CO_2)燃烧台架试验  57-67
  5.1 引言  57
  5.2 试验方案设计  57
  5.3 排放试验结果及分析  57-63
    5.3.1 稳态排放  57-61
    5.3.2 动态排放  61-63
  5.4 燃烧过程试验结果及分析  63-66
  5.5 本章小结  66-67
第六章总结与展望  67-69
  6.1 全文总结  67-68
  6.2 工作展望  68-69
参考文献  69-72
攻读硕士学位期间发表论文  72

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