动力机械及工程专业毕业论文动力机械及工程专业毕业论文 精品论文精品论文 MULINBUMPMULINBUMP 复合燃烧复合燃烧过程中物理、化学因素耦合作用的研究过程中物理、化学因素耦合作用的研究关键词：柴油关键词：柴油 HCCIHCCI 燃烧燃烧 均质压燃均质压燃 低温燃烧低温燃烧 废气再循环废气再循环 当量比当量比 燃烧室燃烧室 数值数值 模拟模拟摘要：在能源、环境和（贵金属）资源的多重压力下，低温燃烧成为研究焦点。 但柴油燃料粘度高、挥发性差、自燃温度低（十六烷值高）的特性，使得柴油 HCCI 燃烧中混合气的制备相当困难，快速的混合速率是实现 HCCI 燃烧的根本 保障。引入 EGR 后，燃烧后期的混合速率决定 uHC 的氧化和 CO 向 CO2 转化的程 度，燃烧中后期高的混合速率是实现发动机高效燃烧的基础。因此，全燃烧历 程高混合率的实现是新概念燃烧研究中的核心。本文基于课题组前期研究工作 提出的 MULINBUMP 复合燃烧概念，以 CFD 数值模拟为主，辅之于实验研究、激 光诊断技术，对新概念燃烧条件下所涉及的复杂的物理、化学过程进行了探索。 得到的主要结论有： 定容装置内的 PLIF 测试和数值模拟研究表明，在早喷 条件下，缸内压力、温度较低，对应的缸内密度也低，燃油贯穿度大， “湿壁” 现象明显，限制预混燃烧的运用。基于脉冲模式调制的喷油策略可有效地缓解 该问题，通过不同的喷油模式在缸内形成不同的浓度、温度分层，有效控制预 混燃烧的着火和燃烧过程。脉冲模式优化的核心应围绕消除燃油的湿壁和控制 燃油在缸内的分层来进行。 在 BUMP 燃烧室研究基础上创新性地提出具有高 混合率的导流沿型燃烧室。数值模拟结果显示：燃油撞壁后，不同燃烧室结构 会引导出完全不同的流场结构。导流、突变结构形成的二次射流在缸内诱导出 一对旋向相反的涡团。涡团大小与结构本身的几何尺寸具有相比拟的尺度。在 导流沿燃烧室中，燃烧过程由壁面射流的“半表面”燃烧转为二次空间射流时 的“全表面”燃烧。中后期燃烧得以强化，在 NOx 排放基本保持不变的条件下， 碳烟的氧化过程明显增强，相比原始 燃烧室，导流沿燃烧室中碳烟排放下降 高达 55。 EGR 延长 chem（化学因素）实现低温燃烧，NOx 和碳烟排放 明显降低。高 EGR 率条件下的低温燃烧为快速预混燃烧和相对较慢的扩散燃烧 两阶段放热过程。在扩散燃烧阶段，混合效率低，燃烧持续期长，燃烧效率低。 因此，增加预混燃烧的比例或进一步促进燃烧后期的混合速率是低温燃烧实现 高热效率的关键。综合运用喷油策略（物理因素）协调控制形成 MULINBUMP 复 合燃烧可以取得 NOx、碳烟和热效率三者之间较好的折衷，且可使发动机的负 荷得到明显的拓展。正文内容正文内容在能源、环境和（贵金属）资源的多重压力下，低温燃烧成为研究焦点。 但柴油燃料粘度高、挥发性差、自燃温度低（十六烷值高）的特性，使得柴油 HCCI 燃烧中混合气的制备相当困难，快速的混合速率是实现 HCCI 燃烧的根本 保障。引入 EGR 后，燃烧后期的混合速率决定 uHC 的氧化和 CO 向 CO2 转化的程 度，燃烧中后期高的混合速率是实现发动机高效燃烧的基础。因此，全燃烧历 程高混合率的实现是新概念燃烧研究中的核心。本文基于课题组前期研究工作 提出的 MULINBUMP 复合燃烧概念，以 CFD 数值模拟为主，辅之于实验研究、激 光诊断技术，对新概念燃烧条件下所涉及的复杂的物理、化学过程进行了探索。 得到的主要结论有： 定容装置内的 PLIF 测试和数值模拟研究表明，在早喷 条件下，缸内压力、温度较低，对应的缸内密度也低，燃油贯穿度大， “湿壁” 现象明显，限制预混燃烧的运用。基于脉冲模式调制的喷油策略可有效地缓解 该问题，通过不同的喷油模式在缸内形成不同的浓度、温度分层，有效控制预 混燃烧的着火和燃烧过程。脉冲模式优化的核心应围绕消除燃油的湿壁和控制 燃油在缸内的分层来进行。 在 BUMP 燃烧室研究基础上创新性地提出具有高 混合率的导流沿型燃烧室。数值模拟结果显示：燃油撞壁后，不同燃烧室结构 会引导出完全不同的流场结构。导流、突变结构形成的二次射流在缸内诱导出 一对旋向相反的涡团。涡团大小与结构本身的几何尺寸具有相比拟的尺度。在 导流沿燃烧室中，燃烧过程由壁面射流的“半表面”燃烧转为二次空间射流时 的“全表面”燃烧。中后期燃烧得以强化，在 NOx 排放基本保持不变的条件下， 碳烟的氧化过程明显增强，相比原始 燃烧室，导流沿燃烧室中碳烟排放下降 高达 55。 EGR 延长 chem（化学因素）实现低温燃烧，NOx 和碳烟排放 明显降低。高 EGR 率条件下的低温燃烧为快速预混燃烧和相对较慢的扩散燃烧 两阶段放热过程。在扩散燃烧阶段，混合效率低，燃烧持续期长，燃烧效率低。 因此，增加预混燃烧的比例或进一步促进燃烧后期的混合速率是低温燃烧实现 高热效率的关键。综合运用喷油策略（物理因素）协调控制形成 MULINBUMP 复 合燃烧可以取得 NOx、碳烟和热效率三者之间较好的折衷，且可使发动机的负 荷得到明显的拓展。 在能源、环境和（贵金属）资源的多重压力下，低温燃烧成为研究焦点。但柴 油燃料粘度高、挥发性差、自燃温度低（十六烷值高）的特性，使得柴油 HCCI 燃烧中混合气的制备相当困难，快速的混合速率是实现 HCCI 燃烧的根本保障。 引入 EGR 后，燃烧后期的混合速率决定 uHC 的氧化和 CO 向 CO2 转化的程度，燃 烧中后期高的混合速率是实现发动机高效燃烧的基础。因此，全燃烧历程高混 合率的实现是新概念燃烧研究中的核心。本文基于课题组前期研究工作提出的 MULINBUMP 复合燃烧概念，以 CFD 数值模拟为主，辅之于实验研究、激光诊断 技术，对新概念燃烧条件下所涉及的复杂的物理、化学过程进行了探索。得到 的主要结论有： 定容装置内的 PLIF 测试和数值模拟研究表明，在早喷条件 下，缸内压力、温度较低，对应的缸内密度也低，燃油贯穿度大， “湿壁”现象 明显，限制预混燃烧的运用。基于脉冲模式调制的喷油策略可有效地缓解该问 题，通过不同的喷油模式在缸内形成不同的浓度、温度分层，有效控制预混燃 烧的着火和燃烧过程。脉冲模式优化的核心应围绕消除燃油的湿壁和控制燃油 在缸内的分层来进行。 在 BUMP 燃烧室研究基础上创新性地提出具有高混合 率的导流沿型燃烧室。数值模拟结果显示：燃油撞壁后，不同燃烧室结构会引导出完全不同的流场结构。导流、突变结构形成的二次射流在缸内诱导出一对 旋向相反的涡团。涡团大小与结构本身的几何尺寸具有相比拟的尺度。在导流 沿燃烧室中，燃烧过程由壁面射流的“半表面”燃烧转为二次空间射流时的 “全表面”燃烧。中后期燃烧得以强化，在 NOx 排放基本保持不变的条件下， 碳烟的氧化过程明显增强，相比原始 燃烧室，导流沿燃烧室中碳烟排放下降 高达 55。 EGR 延长 chem（化学因素）实现低温燃烧，NOx 和碳烟排放 明显降低。高 EGR 率条件下的低温燃烧为快速预混燃烧和相对较慢的扩散燃烧 两阶段放热过程。在扩散燃烧阶段，混合效率低，燃烧持续期长，燃烧效率低。 因此，增加预混燃烧的比例或进一步促进燃烧后期的混合速率是低温燃烧实现 高热效率的关键。综合运用喷油策略（物理因素）协调控制形成 MULINBUMP 复 合燃烧可以取得 NOx、碳烟和热效率三者之间较好的折衷，且可使发动机的负 荷得到明显的拓展。 在能源、环境和（贵金属）资源的多重压力下，低温燃烧成为研究焦点。但柴 油燃料粘度高、挥发性差、自燃温度低（十六烷值高）的特性，使得柴油 HCCI 燃烧中混合气的制备相当困难，快速的混合速率是实现 HCCI 燃烧的根本保障。 引入 EGR 后，燃烧后期的混合速率决定 uHC 的氧化和 CO 向 CO2 转化的程度，燃 烧中后期高的混合速率是实现发动机高效燃烧的基础。因此，全燃烧历程高混 合率的实现是新概念燃烧研究中的核心。本文基于课题组前期研究工作提出的 MULINBUMP 复合燃烧概念，以 CFD 数值模拟为主，辅之于实验研究、激光诊断 技术，对新概念燃烧条件下所涉及的复杂的物理、化学过程进行了探索。得到 的主要结论有： 定容装置内的 PLIF 测试和数值模拟研究表明，在早喷条件 下，缸内压力、温度较低，对应的缸内密度也低，燃油贯穿度大， “湿壁”现象 明显，限制预混燃烧的运用。基于脉冲模式调制的喷油策略可有效地缓解该问 题，通过不同的喷油模式在缸内形成不同的浓度、温度分层，有效控制预混燃 烧的着火和燃烧过程。脉冲模式优化的核心应围绕消除燃油的湿壁和控制燃油 在缸内的分层来进行。 在 BUMP 燃烧室研究基础上创新性地提出具有高混合 率的导流沿型燃烧室。数值模拟结果显示：燃油撞壁后，不同燃烧室结构会引 导出完全不同的流场结构。导流、突变结构形成的二次射流在缸内诱导出一对 旋向相反的涡团。涡团大小与结构本身的几何尺寸具有相比拟的尺度。在导流 沿燃烧室中，燃烧过程由壁面射流的“半表面”燃烧转为二次空间射流时的 “全表面”燃烧。中后期燃烧得以强化，在 NOx 排放基本保持不变的条件下， 碳烟的氧化过程明显增强，相比原始 燃烧室，导流沿燃烧室中碳烟排放下降 高达 55。 EGR 延长 chem（化学因素）实现低温燃烧，NOx 和碳烟排放 明显降低。高 EGR 率条件下的低温燃烧为快速预混燃烧和相对较慢的扩散燃烧 两阶段放热过程。在扩散燃烧阶段，混合效率低，燃烧持续期长，燃烧效率低。 因此，增加预混燃烧的比例或进一步促进燃烧后期的混合速率是低温燃烧实现 高热效率的关键。综合运用喷油策略（物理因素）协调控制形成 MULINBUMP 复 合燃烧可以取得 NOx、碳烟和热效率三者之间较好的折衷，且可使发动机的负 荷得到明显的拓展。 在能源、环境和（贵金属）资源的多重压力下，低温燃烧成为研究焦点。但柴 油燃料粘度高、挥发性差、自燃温度低（十六烷值高）的特性，使得柴油 HCCI 燃烧中混合气的制备相当困难，快速的混合速率是实现 HCCI 燃烧的根本保障。 引入 EGR 后，燃烧后期的混合速率决定 uHC 的氧化和 CO 向 CO2 转化的程度，燃 烧中后期高的混合速率是实现发动机高效燃烧的基础。因此，全燃烧历程高混合率的实现是新概念燃烧研究中的核心。本文基于课题组前期研究工作提出的 MULINBUMP 复合燃烧概念，以 CFD 数值模拟为主，辅之于实验研究、激光诊断 技术，对新概念燃烧条件下所涉及的复杂的物理、化学过程进行了探索。得到 的主要结论有： 定容装置内的 PLIF 测试和数值模拟研究表明，在早喷条件 下，缸内压力、温度较低，对应的缸内密度也低，燃油贯穿度大， “湿壁”现象 明显，限制预混燃烧的运用。基于脉冲模式调制的喷油策略可有效地缓解该问 题，通过不同的喷油模式在缸内形成不同的浓度、温度分层，有效控制预混燃 烧的着火和燃烧过程。脉冲模式优化的核心应围绕消除燃油的湿壁和控制燃油 在缸内的分层来进行。 在 BUMP 燃烧室研究基础上创新性地提出具有高混合 率的导流沿型燃烧室。数值模拟结果显示：燃油撞壁后，不同燃烧室结构会引 导出完全不同的流场结构。导流、突变结构形成的二次射流在缸内诱导出一对 旋向相反的涡团。涡团大小与结构本身的几何尺寸具有相比拟的尺度。在导流 沿燃烧室中，燃烧过程由壁面射流的“半表面”燃烧转为二次空间射流时的 “全表面”燃烧。中后期燃烧得以强化，在 NOx 排放基本保持不变的条件下， 碳烟的氧化过程明显增强，相比原始 燃烧室，导流沿燃烧室中碳烟排放下降 高达 55。 EGR 延长 chem（化学因素）实现低温燃烧，NOx 和碳烟排放 明显降低。高 EGR 率条件下的低温燃烧为快速预混燃烧和相对较慢的扩散燃烧 两阶段放热过程。在扩散燃烧阶段，混合效率低，燃烧持