合成气反应活性控制压燃式发动机燃烧和优化的数值研究
发布时间：2023-04-23 02:40
能源危机与环境污染是内燃机发展所面临并亟需解决的两大问题。高效清洁的新型燃烧技术与替代燃料相结合为内燃机的节能、减排提供了新的技术路线。本文以合成气为替代燃料,基于反应活性控制压燃(RCCI)模式,探究了合成气/柴油RCCI发动机在节能、减排方面的应用潜力。结合KIVA-3V程序与遗传算法(NSGA-Ⅱ)对合成气/柴油RCCI发动机的运行参数进行了全面优化,系统地探究了关键运行参数对燃烧和排放性能的影响,并在宽负荷工况下提出了优化控制策略以实现发动机高效、清洁、稳定的运行。采用NSGA-Ⅱ对不同型号的合成气/柴油RCCI发动机以及合成气/二甲醚RCCI发动机进行了性能优化,对比分析了发动机缸径尺寸、活塞形状以及直喷燃油属性对于RCCI性能的影响,同时深入分析了优化控制策略的选取机制。基于二甲醚重整制备合成气技术,提出了单一燃料的合成气RCCI发动机系统概念。通过三维流体力学计算软件COMSOL Multiphysics建立了二甲醚重整反应器的数值模型,并与合成气/二甲醚RCCI发动机的数值计算相耦合,从而对该发动机系统的性能表现进行了全方面的评估。(1)为探讨合成气RCCI发动机的应用...
【文章页数】：165 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
英文缩写词
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 内燃机先进燃烧方式的研究进展
1.2.1 均质压燃(HCCI)
1.2.2 预混压燃(PCCI)
1.2.3 反应活性控制压燃(RCCI)
1.3 替代燃料的研究进展
1.3.1 合成气
1.3.2 二甲醚
1.4 燃料重整的研究进展
1.5 数值计算方法的研究进展
1.5.1 优化算法
1.5.2 COMSOL Multiphysics
1.6 当前研究主要面临的问题
1.7 本文研究内容
2. CFD数值计算模型及验证
2.1 发动机三维CFD数值计算模型
2.1.1 湍流模型
2.1.2 喷雾碰壁模型
2.1.3 油膜模型
2.1.4 壁面传热模型
2.1.5 燃烧模型
2.2 重整反应器三维CFD数值计算模型
2.2.1 化学反应动力学模型
2.2.2 流动模型
2.2.3 传热模型
2.2.4 重整反应区的质量传递
2.3 计算模型验证
2.3.1 合成气RCCI相关验证
2.3.2 二甲醚重整反应器相关验证
2.4 优化算法
2.5 本章小结
3. 合成气/柴油RCCI发动机的性能
3.1 合成气组分的影响
3.2 预混比和初始温度的影响
3.3 H2/CO比例的影响
3.4 参数影响总结
3.5 本章小结
4 合成气/柴油RCCI发动机的性能优化
4.1 NSGA-Ⅱ的优化设置
4.2 低、中负荷的优化历程
4.3 供油策略的影响
4.3.1 供油策略的优化结果
4.3.2 主喷时刻的影响
4.3.3 喷油压力的影响
4.3.4 预喷柴油比例的影响
4.4 初始参数的影响
4.4.1 初始参数的优化结果
4.4.2 EGR率和初始温度的影响
4.5 合成气组分的影响
4.5.1 合成气组分的优化结果
4.5.2 合成气中H2比例的影响
4.5.3 合成气中稀释气体比例和N2比例的影响
4.6 合成气/柴油RCCI发动机向高负荷拓展的潜力分析
4.7 本章小结
5. 合成气发动机的应用拓展
5.1 不同发动机的性能优化
5.1.1 NSGA-Ⅱ的优化设置
5.1.2 优化结果概述
5.1.3 供油策略的优化结果
5.1.4 初始参数和合成气组分的优化结果
5.2 合成气/二甲醚与合成气/柴油RCCI发动机的性能优化
5.2.1 优化算例演变历程
5.2.2 供油策略的影响
5.2.3 初始参数与合成气组分的影响
5.3 本章小结
6. 单一燃料构建合成气RCCI发动机的探索
6.1 合成气/二甲醚RCCI与二甲醚PCCI和CDC燃烧模式对比
6.2 预混比的影响
6.3 H2能量比例的影响
6.4 本章小结
7. 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
本文编号：3798915
【文章页数】：165 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
英文缩写词
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 内燃机先进燃烧方式的研究进展
1.2.1 均质压燃(HCCI)
1.2.2 预混压燃(PCCI)
1.2.3 反应活性控制压燃(RCCI)
1.3 替代燃料的研究进展
1.3.1 合成气
1.3.2 二甲醚
1.4 燃料重整的研究进展
1.5 数值计算方法的研究进展
1.5.1 优化算法
1.5.2 COMSOL Multiphysics
1.6 当前研究主要面临的问题
1.7 本文研究内容
2. CFD数值计算模型及验证
2.1 发动机三维CFD数值计算模型
2.1.1 湍流模型
2.1.2 喷雾碰壁模型
2.1.3 油膜模型
2.1.4 壁面传热模型
2.1.5 燃烧模型
2.2 重整反应器三维CFD数值计算模型
2.2.1 化学反应动力学模型
2.2.2 流动模型
2.2.3 传热模型
2.2.4 重整反应区的质量传递
2.3 计算模型验证
2.3.1 合成气RCCI相关验证
2.3.2 二甲醚重整反应器相关验证
2.4 优化算法
2.5 本章小结
3. 合成气/柴油RCCI发动机的性能
3.1 合成气组分的影响
3.2 预混比和初始温度的影响
3.3 H2/CO比例的影响
3.4 参数影响总结
3.5 本章小结
4 合成气/柴油RCCI发动机的性能优化
4.1 NSGA-Ⅱ的优化设置
4.2 低、中负荷的优化历程
4.3 供油策略的影响
4.3.1 供油策略的优化结果
4.3.2 主喷时刻的影响
4.3.3 喷油压力的影响
4.3.4 预喷柴油比例的影响
4.4 初始参数的影响
4.4.1 初始参数的优化结果
4.4.2 EGR率和初始温度的影响
4.5 合成气组分的影响
4.5.1 合成气组分的优化结果
4.5.2 合成气中H2比例的影响
4.5.3 合成气中稀释气体比例和N2比例的影响
4.6 合成气/柴油RCCI发动机向高负荷拓展的潜力分析
4.7 本章小结
5. 合成气发动机的应用拓展
5.1 不同发动机的性能优化
5.1.1 NSGA-Ⅱ的优化设置
5.1.2 优化结果概述
5.1.3 供油策略的优化结果
5.1.4 初始参数和合成气组分的优化结果
5.2 合成气/二甲醚与合成气/柴油RCCI发动机的性能优化
5.2.1 优化算例演变历程
5.2.2 供油策略的影响
5.2.3 初始参数与合成气组分的影响
5.3 本章小结
6. 单一燃料构建合成气RCCI发动机的探索
6.1 合成气/二甲醚RCCI与二甲醚PCCI和CDC燃烧模式对比
6.2 预混比的影响
6.3 H2能量比例的影响
6.4 本章小结
7. 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
本文编号：3798915
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