乙醇-柴油混合燃料燃燒過程數(shù)值模擬

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1、2015年5月農(nóng)機(jī)化研究第5期乙醇/柴油混合燃料燃燒過程數(shù)值模擬靳德才，譚澤飛，歐陽文斌(西南林業(yè)大學(xué)機(jī)械與交通學(xué)院，昆明650224)摘要:利用CFD分析軟件AVLFIＲE對(duì)高壓共軌柴油機(jī)燃用柴油乙醇混合燃料的燃燒過程進(jìn)行模擬，通過建立三維仿真模型研究發(fā)動(dòng)機(jī)燃用不同摻比燃料的燃燒特性，并對(duì)模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證。計(jì)算了乙醇摻比對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程中缸內(nèi)壓力、累積放熱量及放熱率等的影響;模擬出了不同配比混合燃料下高壓共軌柴油機(jī)的各方面的性能。模擬結(jié)果得出:在中高負(fù)荷下，乙醇的低十六烷值、高汽化潛熱值和含氧對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程中的缸內(nèi)壓力和放熱率的影響較

2、大，發(fā)動(dòng)機(jī)燃用E10具有最佳的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。關(guān)鍵詞:共軌柴油機(jī);乙醇;仿真;放熱率中圖分類號(hào):TK421;S218．5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003－188X(2015)05－0235－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.05.052配比柴油乙醇混合燃料的各方面性能進(jìn)行了較為全0引言面的研究。隨著能源危機(jī)的日益加深和環(huán)境污染的日益嚴(yán)1工作過程計(jì)算模型與試驗(yàn)條件重，尋求新的代用能源已經(jīng)成為人們關(guān)注的普遍問題。乙醇作為一種含氧可再生能源被認(rèn)為是一種比1．1柴油機(jī)燃燒過程數(shù)值模擬過程較有前景的代用燃料，由于乙醇的產(chǎn)量和

3、成本方面的發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒過程實(shí)質(zhì)上是伴隨物理化學(xué)變化［1－3］優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在汽油機(jī)上得到了商業(yè)應(yīng)用?，F(xiàn)在，國的流體運(yùn)動(dòng)過程。但是，其流場(chǎng)具有強(qiáng)壓縮、強(qiáng)瞬變、內(nèi)外的大量研究人員正在研究并希望將其應(yīng)用于柴強(qiáng)旋流及各相異性等流動(dòng)特征，涉及氣體流動(dòng)、噴油［4］油機(jī)上。發(fā)動(dòng)機(jī)燃用不同配比柴油乙醇混合燃料霧化和燃燒放熱之間的相互耦合，同時(shí)伴隨活塞和進(jìn)的燃燒過程直接影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排排氣閥的運(yùn)動(dòng)以及變化的流體邊界條件，要對(duì)此過程放性能，因此，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃用柴油乙醇混合燃料的燃進(jìn)行模擬仿真十分困難。所以，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程燒過程進(jìn)行研究具有重要意義。

4、乙醇的低十六烷值的數(shù)值模擬需要輔助以多種假設(shè)條件，提供準(zhǔn)確必要和高汽化潛熱造成了預(yù)混合燃燒的種種變化，如滯延的邊界條件。根據(jù)流體力學(xué)(CFD)的基本思想，把描［5］期的延長等種種問題。為研究柴油乙醇混合燃料述缸內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性數(shù)學(xué)模型通過偏微分方程的燃燒特性，常用的柴油機(jī)燃用柴油乙醇混合燃料的進(jìn)行離散化和代數(shù)化，變成大型代數(shù)方程組，再通過研究主要采用發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)的方法，已經(jīng)有大量的適當(dāng)?shù)臄?shù)值計(jì)算方法，求解方程組，得到流場(chǎng)的數(shù)值研究人員對(duì)柴油機(jī)燃用柴油乙醇混合燃料進(jìn)行了發(fā)解;最終以數(shù)據(jù)、圖像等形式顯示結(jié)果，即通過計(jì)算機(jī)［6］動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)。模擬

5、流體的流動(dòng)。本文選用AVLFIＲE軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)但是臺(tái)架試驗(yàn)周期長、成本高，而且耗費(fèi)大量的燃用柴油乙醇混合燃料進(jìn)行數(shù)值模擬。人力物力，利用計(jì)算機(jī)建立發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模型，對(duì)發(fā)動(dòng)AVL公司開發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)三維性能模擬分析軟件機(jī)燃用柴油乙醇混合燃料的過程進(jìn)行數(shù)值模擬，可以FIＲE，主要由前處理、求解器和后處理組成。首先，通避免發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)的缺點(diǎn)，且可在短時(shí)間內(nèi)得到試過繪圖軟件繪出燃燒室模型，導(dǎo)入FIＲE軟件，通過前驗(yàn)結(jié)果。為此，筆者對(duì)高壓共軌柴油機(jī)燃用多種不同處理器可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、半自動(dòng)或手動(dòng)方式生成靜網(wǎng)格和動(dòng)網(wǎng)格;然后確定相應(yīng)的邊界條件和初始條件;收稿日期

6、:2014－07－17同時(shí)，F(xiàn)IＲE含有豐富的湍流、噴霧、燃燒、排放預(yù)測(cè)等基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51246004);云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金項(xiàng)目(2011FZ138)物理化學(xué)模型，其用戶自定義功能可以對(duì)于不同的模作者簡介:靳德才(1989－)，男，河南新密人，碩士，(E－mail)6107438擬對(duì)象和環(huán)境自定義模擬計(jì)算模型，使之與實(shí)際情況94@qq．com。保證一致性。目前，該軟件主要應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)通訊作者:譚澤飛(1969－)，男，云南永勝人，副教授，(E－mail)［7］375933486@qq．com。域。FIＲE軟件還可通過修

7、改燃料的屬性，對(duì)代用燃·235·2015年5月農(nóng)機(jī)化研究第5期料的噴霧燃燒進(jìn)行模擬。本文選用了不同種類的柴料的特性參數(shù)如表1所示。隨著乙醇摻比的增加，混油乙醇混合燃料，并對(duì)其燃燒過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。合燃料的十六烷值減小，含氧量增加。試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)1．2試驗(yàn)用燃料和發(fā)動(dòng)機(jī)為4缸、直列、四沖程，增壓中冷高壓共軌柴油機(jī)，其試驗(yàn)燃料選擇0號(hào)柴油，通過以0號(hào)柴油為基礎(chǔ)，標(biāo)定功率79kW，標(biāo)定轉(zhuǎn)速2200r/min，最大轉(zhuǎn)矩289N分別加入體積百分比為0，5%、10%的乙醇得到不同·m，最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速為2200r/min。配比的混合燃料，分別記為E0、E05、

8、E10。試驗(yàn)用燃表1柴油乙醇主要理化參數(shù)Table1Themainphysicalandchemicalcharacteristicofthedies