基于KIVA的二甲醚發(fā)動機(jī)燃燒過程數(shù)值模擬研究.pdf

1、我國汽車工業(yè)的發(fā)展正面臨著日益嚴(yán)峻的能源供應(yīng)和環(huán)境保護(hù)雙重壓力。 對內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)工作過程尤其是燃燒過程的研究成為當(dāng)今內(nèi)燃機(jī)研究的熱點(diǎn)，其中用數(shù)值仿真的方法進(jìn)行燃燒過程的模擬可以較好的全面預(yù)測內(nèi)燃機(jī)的性能，代替部分發(fā)動機(jī)試驗(yàn)，在不受時(shí)空限制的條件下進(jìn)行各種不同工況的變參數(shù)研究，指導(dǎo)設(shè)計(jì)開發(fā)新型燃燒系統(tǒng)發(fā)動機(jī)，優(yōu)化原有發(fā)動機(jī)的性能參數(shù)，還能對不同燃料的動力和排放性能作出預(yù)測，具有很強(qiáng)的生命力和優(yōu)越性。 二甲醚(DME)是一種新

2、型的、清潔的柴油機(jī)替代燃料。發(fā)展新的清潔能源，尤其是符合我國能源資源特點(diǎn)的汽車代用燃料已迫在眉睫。二甲醚由于其特殊物化特性，能夠?qū)崿F(xiàn)高效低污染燃燒，并改善我國的能源結(jié)構(gòu)，近年來日益受到人們的重視。目前，二甲醚在柴油機(jī)上進(jìn)行推廣應(yīng)用還處于研究階段，研究二甲醚的燃燒特性，對于開發(fā)和優(yōu)化二甲醚發(fā)動機(jī)具有指導(dǎo)意義。 目前，二甲醚發(fā)動機(jī)的研究主要有臺架試驗(yàn)研究和仿真模擬研究。國內(nèi)外主要臺架試驗(yàn)研究都是在傳統(tǒng)柴油機(jī)上經(jīng)過燃油系統(tǒng)的局部改造，

3、進(jìn)行二甲醚燃料的替代。而二甲醚作為柴油機(jī)仿真模擬研究歷史很短。 本文基于美國Los Alamos國家實(shí)驗(yàn)室主持研究開發(fā)的多維燃燒模擬程序KIVA研究二甲醚的燃燒。但是，KIVA本身程序里沒有二甲醚的燃料庫、相關(guān)參數(shù)、相關(guān)模型以及燃燒方程，KIVA程序本身不能夠直接做二甲醚燃料的燃燒過程運(yùn)算，要使KIVA程序具有運(yùn)算二甲醚的燃燒的能力就必須建立二甲醚燃燒數(shù)值仿真計(jì)算平臺。 為建立二甲醚(DME)燃燒過程的數(shù)值仿真計(jì)算平臺，

4、在KIVA源程序中向燃料庫(fuelib.f)添加液態(tài)DME的各種物性參數(shù)數(shù)據(jù)模塊，并修改了DATA定義塊，重新編譯生成；EXE可執(zhí)行文件，針對二甲醚燃料建立了油束模型和燃燒模型，并把這些數(shù)學(xué)模型耦合入KIVA后形成子程序inject、pmovtv、break、colidenn、evapd、Chem、chempm、Pmom、pcoupl等。 利用上述建立的二甲醚發(fā)動機(jī)燃燒的計(jì)算模擬平臺，研究了二甲醚、柴油燃燒過程缸內(nèi)平均壓力、溫

5、度的對比；二甲醚、柴油燃燒過程缸內(nèi)NO<,x>生成量、PM生成量的對比；二甲醚、柴油燃燒過程放熱率的對比；二甲醚、柴油燃燒過程缸內(nèi)溫度場的對比；二甲醚燃燒過程中各組分含量的變化；二甲醚發(fā)動機(jī)在不同負(fù)荷下的動力及排放性能。 通過對二甲醚的燃燒過程仿真計(jì)算與分析表明：在相同燃料噴射提前角和相同熱值循環(huán)噴油量下，燃用二甲醚的發(fā)動機(jī)相對于燃用柴油的發(fā)動機(jī)具有較低的最高爆發(fā)壓力和缸內(nèi)平均溫度，工作狀態(tài)比較柔和；同時(shí)，燃用二甲醚的發(fā)動機(jī)相對

6、于燃用柴油的發(fā)動機(jī)具有較低的NO<,x>排放量，并且PM生成總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于柴油機(jī)，其數(shù)量級與試驗(yàn)研究結(jié)果吻合，且達(dá)到了歐Ⅲ排放法規(guī)的要求。燃用二甲醚的發(fā)動機(jī)相對于燃用柴油的發(fā)動機(jī)的燃燒時(shí)刻應(yīng)相對提前。對應(yīng)不同時(shí)刻的二甲醚發(fā)動機(jī)缸內(nèi)最高溫度均小于柴油發(fā)動機(jī)，且高溫分布范圍較小，這將抑制NO<,x>的生成。燃用二甲醚的發(fā)動機(jī)相對于燃用柴油的發(fā)動機(jī)的燃燒過程中，缸內(nèi)組分O<,2>、CO、CO<,2>量較少。本文建立了二甲醚發(fā)動機(jī)燃燒過程數(shù)值仿真