正丁醇/柴油在不同工况下的燃烧和排放性能开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

在能源危机和环境污染越来越严重的压力下,开展清洁替代能源和清洁燃烧技术已成为内燃机行业的研究热点[1]。生物丁醇作为第二代生物替代燃料,相比其他醇类,其含氧量高、与柴油任意比例互溶、粘度大、热值高、十六烷值较高、气化潜热小、无毒、不易挥发等优点,成为内燃机界研究的热点[2]

楼狄明[2]等在柴油机燃用丁醇柴油混合燃料台架实验的基础上,针对柴油乘用车分别燃用纯国Ⅳ 柴油和正丁醇不同体积分数下的混合燃料,进行不同道路类型下的车载实际道路气态物排放特性的研究,得到不同工况下柴油机气态物排放特性。本次研究应用cfd模拟软件对单缸柴油机的气缸和燃烧室进行建模;利用所建立的几何模型,对某单缸柴油机不同运行工况下正丁醇/柴油的性能进行仿真分析,进一步得到正丁醇/柴油在不同工况下的燃烧和排放性能。尧命发[3]等采用缸内直喷生物柴油,进气道喷正丁醇,合理选择喷油时刻和正丁醇比例,实现了高预混燃烧。梅德清[4]等研究发现在同一稳定工况下,随着生物柴油加入比例的增加,生物柴油与0#柴油混合燃料燃烧产生的排放物中co和hc比排放呈现线性下降,nox比排放有所增加,而co2比排放维持在同一水平。丁醇是一种新型的生物能源,在替代汽油作为燃料方面具有高热值、易混溶性、高辛烷值和低挥发性等优良特性。由于原料的价格和产物的抑制作用导致丁醇发酵成本偏高以及产物浓度过低。林有胜[4] 等为降低发酵成本,减少产物的抑制作用,从原料选取、菌种的改良、发酵工艺和丁醇提取工艺等方面做深入的研究。孙健[6]等以不同结构特点和用途的小型单缸柴油机为样机开展整机排放试验研究,得出同一台柴油机用不同的试验循环得出的柴油机整机排放值差异较大,应根据实际用途不同,按其排放特性优化燃烧参数,并对技术方案进行调整。李帅[7]以正庚烷-正丁醇-多环芳香烃-甲苯简化机理作为正丁醇-柴油混合燃料燃烧化学反应动力学机理,应用计算流体动力学软件耦合化学动力学机理建立三维数值模型,研究了正丁醇掺混比例和egr率对正丁醇-柴油混合燃料低温燃烧碳烟前驱物生成的影响。为了看出国产 柴油机排放水平与国外法规限值的差距。郭英男[8]等用欧洲 13工况法对国产 6110车用柴油机进行了排放测量 ,通过排放的工况分担率分析 ,找出了控 制柴油机排放的重点工况。赵瑞青[9]和曾显惠[10]都采用数值模拟方法,分别研究了正丁醇—柴油混合燃料的低温燃烧过程和发动机着火燃烧,前者得到正丁醇在低温和高温下的反应路径及反应速率不同的结果,而后者能够较准确地模拟缸内丁醇-柴油的着火燃烧,使得简化反应机理预测的丁醇-柴油着火滞燃期与试验值吻合较好,可以进一步应用于丁醇-柴油发动机燃烧过程的数值研究。王恩宇[11]等提出了成分权重的概念 , 并用它对直喷 式柴油机 13工况排放试验 的排放特性进行了比较详

细的分析研究 。瞿磊[12]等采用不同egr率,对柴油机燃用含正丁醇质量分数为10%的混合柴油(n10)进行了台架试验,研究了egr率对燃用正丁醇/柴油的燃烧过程与排放的影响。o#287;uzhando#287;an[13]评估正丁醇/柴油混合燃料对小型柴油机性能和尾气排放的影响,quanchang zhang[14]等对一种改进型单缸重型柴油机进行了试验研究,研究了正丁醇和egr对柴油机燃烧和排放特性的影响。结果表明,与正丁醇比例的增加,着火延迟长,指示热效率有一个轻微的增加。lennox siwalea[15]等比较混合燃料对发动机的影响燃烧特性和调节排放,对预混相燃烧进行了放大且随着柴油中正丁醇共享体积的增大而增大。燃烧循环共混物比柴油的循环更稳定。

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2. 研究的基本内容与方案

(1)基本内容:不同工况下的正丁醇/柴油混合燃料对于柴油机动力性、经济性和排放性以及燃烧性能上有着不同的影响。本毕业设计通过用发动机 cfd 多维数值模拟计算软件对某单缸柴油机的缸内燃烧过程和排放进行仿真分析,得到正丁醇/柴油不同工况下对其燃烧和排放的影响。

(2)目标:本毕业设计的主要目的是了解和初步掌握 cfd 模拟软件,正丁醇/柴油不同工况下对其燃烧和排放的影响。

(3)技术方案及措施:本次毕业设计采用 avl fire 软件对在不同转速和不同负荷等不同工况下发动机的温度、热循环以及固态和气态排放物进行数值模拟,分析出该柴油机燃烧和排放性能受不同工况下丁醇/柴油混合燃料的影响。

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3. 研究计划与安排

周 次【2019】

工 作 内 容

毕业实习周

(2019.1.6~ 1.18)

赴校外实习、搜集设计资料,并提交实习日记、实习报告。

毕业设计预备周

(2019.1.3-2019.1.18)

确定指导教师人选,对未选好导师的学生进行调剂分配。确定选题志愿、校内搜集资料、消化资料。

1~ 2 (2.18~3.1)

学生提交文献检索摘要。撰写开题报告。并完成网上提交开题报告。整理论文提纲、设计概要。

3~ 4 (3.4 ~ 3.15)

进行外文翻译,并提交外文翻译译文。

5~ 6(3.18~ 3.29)

设计类,下达绘图任务,开始绘图。

研究类,制定试验方案或下达编程任务,开始试验及编

程。

7~ 8(4.1~ 4.12)

继续完成绘图、试验或编程任务;

撰写毕业设计说明书(设计类)或论文(研究类)。

9 ~ 11(4.15~ 4.26)

完成绘图、试验或编程;

完善毕业设计说明书、毕业论文;

12(4.29~ 5.10)

网上提交毕业设计说明书、毕业论文、绘图等附件材料;

提交答辩申请。

13~14(5.13~ 5.24)

教师审阅毕业设计说明书(设计类)或论文(研究类)和(图纸),审查确定学生答辩资格并予以公示。

15(5.27~5.31)

根据评阅意见修改毕业设计说明书、毕业论文,并网上提交;准备答辩PPT。

16(6.3~ 6.7)

毕业设计答辩。

备注:

此表是拟定时间。如有变化,以实际为准。


4. 参考文献(12篇以上)

[1] 马帅.正丁醇—柴油复合燃烧模式实验研究[d].西华大学硕士学位论文,2017年.

[2] 楼狄明,房亮,胡志远,等.柴油乘用车燃用丁醇燃料道路工况气态物排放特性[j].同济大学学报(自然科学版).2013,41(9):1423-1428.

[3] 尧命发,庞阔,谷静波,等.正丁醇/生物柴油高预混压燃燃烧及排放特性的试验[j]. 内燃机学报,2013,31(3):193-199.

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