氫和含氫氣燃料發(fā)動機燃燒與排放特性研究.pdf

1、氫氣作為內(nèi)燃機燃料，既具有清潔、可再生的特點，又具有較高的熱效率，為解決能源和環(huán)境問題開辟了一條可發(fā)展之路。氫和含氫燃料發(fā)動機的研究對我國發(fā)展新一代車用代用燃料技術具有重要意義。本文針對氫發(fā)動機以及H2/CH4混合燃料發(fā)動機進行了數(shù)值模擬仿真與試驗研究，為尋找高效率低排放的氫和含氫燃料發(fā)動機提供思路和依據(jù)。 仿真研究方面，本文從氫燃料的混合氣形成和燃燒特征著手，應用CFD軟件STAR-CD建立了包括化學反應動力學模塊、湍流模塊、

2、傳熱損失模塊等在內(nèi)的氫發(fā)動機和H2/CH4發(fā)動機三維數(shù)值模擬仿真模型。通過仿真計算得到發(fā)動機在不同工況下的缸內(nèi)壓力、缸內(nèi)溫度、燃燒速率、放熱率及各組分濃度隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律。系統(tǒng)地分析了過量空氣系數(shù)、點火時刻、進氣初始壓力、進氣初始溫度、燃料混合比、進氣氧濃度等參數(shù)對發(fā)動機燃燒以及排放的影響，剖析了發(fā)動機污染物的產(chǎn)生機理。以仿真研究結果為指導，在氫燃料專用發(fā)動機試驗臺架上進一步開展了氫發(fā)動機燃燒和排放規(guī)律研究，仿真研究中得到的氫發(fā)動機

3、燃燒與排放規(guī)律在試驗結果中得到了驗證。主要研究結果如下： (1) 隨著過量空氣系數(shù)增大，氫發(fā)動機點火后缸內(nèi)壓力和溫度升高率減小，峰值壓力和峰值溫度減小，NO排放顯著降低，在稀薄燃燒時，氫發(fā)動機可以實現(xiàn)穩(wěn)定和清潔的燃燒。 (2) 當點火時刻提前，引起氫空混合氣燃燒過程提前，缸內(nèi)的壓力和溫度在點火后迅速增加，已燃氣體滯留在高溫下的時間較長，NO的生成量增加。 (3) 每循環(huán)燃料量一定，進氣初始溫度降低或者進氣初始壓力增大，

4、可以使得進入缸內(nèi)的氫空混合氣變稀，點火后燃燒速率減小，缸內(nèi)溫度和壓力峰值減小，放熱率峰值減小，放熱持續(xù)期增長。同時，缸內(nèi)溫度的下降抑止了NO的生成。 (4) 使用不同混合比的H2/CH4混合氣作為發(fā)動機燃料，隨著混合氣中摻甲烷比例增加,混合氣燃燒速率減慢，缸內(nèi)峰值壓力和峰值溫度減小，放熱率峰值減小，放熱持續(xù)期增長，燃燒溫度的降低抑制了NO的生成。但發(fā)動機CO2污染物的生成量增多。因此，燃料混合比的優(yōu)化是H2/CH4發(fā)動機優(yōu)化的重要