天然氣摻氫HCCI發(fā)動機燃燒與排放物的研究

【摘要】：上世紀六十年代后,世界經(jīng)歷了3次嚴重的石油危機。由此帶來的全球環(huán)境污染問題嚴重影響到各個國家的發(fā)展。能源特別是石油資源的嚴重匱乏、全球環(huán)境的日益惡化成為了世界兩大難題。為了解決此問題,新型發(fā)動機以及各類汽車代用燃料的研究越來越引起廣大學者的關(guān)注。天然氣摻氫(HCNG)燃料,是滿足節(jié)能減排問題的車用氣體替代燃料之一,也是實現(xiàn)從傳統(tǒng)燃料汽車到氫能汽車過渡的最具可行性方案。本文的工作主要是圍繞天然氣摻氫燃料發(fā)動機的燃燒排放特性進行的。 本文首先對天然氣摻氫燃料發(fā)動機的研究動態(tài)以及存在的相關(guān)問題進行了綜述。然后利用大型氣相化學動力學軟件CHEMKIN對美國加州大學開發(fā)的GRI(Gas Research Instiutte)3.0天然氣(CNG)詳細化學反應(yīng)機理進行分析。在天然氣詳細化學反應(yīng)動力學機理上,參考已有的簡化模型及方法,通過對天然氣均質(zhì)壓燃燃燒反應(yīng)途徑的分析,再結(jié)合敏感度分析法和反應(yīng)速率分析法,構(gòu)建天然氣燃燒簡化機理。對比分析所構(gòu)建的簡化機理和詳細機理的模擬結(jié)果,計算結(jié)果顯示,此簡化模型對HC、CO、NOX以及CH20排放物的變化歷程有較為準確的預測,可以用來代替詳細模型進行計算分析。簡化模型大大減少了計算時間,并且為化學動力學模型與CFD多維模型進行耦合提供了可行性。依據(jù)此機理再加上本文中選用的氫氧燃燒機理,建立天然氣摻氫燃燒反應(yīng)模型。此模型由上述兩個機理中提取,其中化學反應(yīng)速率常數(shù)未做出改變。 理論上推導出HCNG燃料的質(zhì)量摻氫比,HCNG混合燃料中各組分的含量計算,HCNG混合氣的熱值計算以及HCNG化學計量比的計算公式。利用計算流體動力學軟件FLUENT建立以ZS195發(fā)動機燃燒室為原型的三維計算模型,并將此CFD多維模型分別和天然氣簡化化學機理、天然氣摻氫化學動力學模型相耦合,對CNG發(fā)動機以及HCNG發(fā)動機HCCI燃燒過程、排放特性進行模擬分析。結(jié)果顯示：在天然氣中摻入氫氣后,相對純天然氣而言,發(fā)動機缸內(nèi)著火時刻提前,溫度峰值增加,燃燒更加充分,后燃減小,缸內(nèi)壓力峰值也隨之增加。隨著摻氫比的增加,CO和NOX(主要是NO)排放量增加,HC(主要是CH4)、CH20排放量減小。 【關(guān)鍵詞】：CNG HCNG HCCI 簡化模型 模擬計算
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TK431
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-21
• 1.1 開發(fā)發(fā)動機替代燃料的必要性9-10
• 1.2 天然氣摻氫燃料10-13
• 1.2.1 天燃氣燃料介紹11-12
• 1.2.2 氫氣簡介12
• 1.2.3 天然氣摻氫燃料優(yōu)勢12-13
• 1.3 國內(nèi)外天然氣摻氫燃料近期研究動態(tài)13-15
• 1.4 HCCI發(fā)動機數(shù)值模擬研究15-19
• 1.4.1 單區(qū)模型16
• 1.4.2 多區(qū)模型16-17
• 1.4.3 多維模型17-19
• 1.5 本論文主要研究內(nèi)容19-21
• 第2章 天然氣摻氫簡化化學反應(yīng)動力學模型21-50
• 2.1 CHEMKIN軟件介紹21-27
• 2.1.1 均質(zhì)零維反應(yīng)器模型22-23
• 2.1.2 模型基本控制方程23-24
• 2.1.3 發(fā)動機氣缸幾何模型相關(guān)方程24-26
• 2.1.4 IC發(fā)動機模型傳熱方程26-27
• 2.2 天然氣化學動力學簡化模型的建立27-40
• 2.2.1 構(gòu)建簡化動力學模型的方法27-30
• 2.2.2 主要反應(yīng)組分的確定30-32
• 2.2.3 確定主要反應(yīng)路徑32-40
• 2.3 天然氣簡化模型的驗證40-48
• 2.3.1 天然氣簡化模型與詳細模型的對比40-43
• 2.3.2 不同初始參數(shù)對簡化模型的影響43-48
• 2.4 天然氣摻氫燃燒化學反應(yīng)機理48-49
• 2.5 本章小結(jié)49-50
• 第3章 天然氣HCCI發(fā)動機工作過程模擬50-67
• 3.1 模擬軟件簡介50-57
• 3.1.1 FLUENT軟件簡介50-51
• 3.1.2 控制方程及物理模型51-55
• 3.1.3 求解技術(shù)55-57
• 3.2 建立發(fā)動機模型57-60
• 3.2.1 網(wǎng)格的生成57-58
• 3.2.2 計算模型的設(shè)置58
• 3.2.3 活塞動網(wǎng)格設(shè)置58-59
• 3.2.4 邊界條件和初始條件59-60
• 3.3 模擬計算及結(jié)果分析60-66
• 3.3.1 缸內(nèi)溫度和壓力對比60-61
• 3.3.2 燃燒過程分析61-62
• 3.3.3 燃燒排放物分析62-66
• 3.4 本章小結(jié)66-67
• 第4章 天然氣摻氫均質(zhì)壓燃燃燒排放特性67-77
• 4.1 合氣燃料摻氫比相關(guān)計算67-71
• 4.1.1 天然氣摻氫燃料質(zhì)量摻氫比計算67-68
• 4.1.2 天然氣摻氫化學計量比計算68-69
• 4.1.3 天然氣摻氫混合氣熱值計算69-70
• 4.1.4 天然氣摻氫燃料中各組分含量計算70-71
• 4.2 天然氣摻氫HCCI發(fā)動機模擬計算71-75
• 4.2.1 缸內(nèi)溫度和壓力對比71-72
• 4.2.2 燃燒排放特性對比分析72-75
• 4.3 本章小結(jié)75-77
• 第5章 全文總結(jié)和展望77-79
• 5.1 全文總結(jié)77-78
• 5.2 工作展望78-79
• 參考文獻79-83
• 致謝83-84
• 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文84

您可以在本站搜索以下學術(shù)論文文獻來了解更多相關(guān)內(nèi)容

液化石油氣HCCI燃燒反應(yīng)機理簡化與分析    肖合林;姜濤;宋秀萍;

進氣位置對重型天然氣發(fā)動機各缸均勻性的影響    葛思非

天然氣摻氫燃燒及排放性能的元素勢能法分析    馬凡華,孫寧

進氣溫度對乙醇燃料均質(zhì)壓燃燃燒過程的影響    黃為鈞;彭亞平;郭英男;譚滿志;許艷軍;董磊;

天然氣摻氫發(fā)動機的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢    劉海全;馬凡華;殷勇;

HCNG發(fā)動機排放特性分析    王愛紅;高有山;李興虎;姜磊;張繼春;

大型氣相化學動力學軟件包CHEMKIN及其在燃燒中的應(yīng)用    董剛,蔣勇,陳義良,王清安

火花點火式發(fā)動機未燃碳氫形成機理及影響因素的研究    郭海濤,黃佐華,周龍保,蔣德明

不同摻氫比天然氣發(fā)動機的燃燒排放特性    劉海全;馬凡華;王宇;李勇;汪俊君;趙淑莉;

通用甲烷層流預混火焰半詳細化學動力學機理    董剛,劉宏偉,陳義良

用RNGk-ε模型計算內(nèi)燃機缸內(nèi)湍流流動    馬貴陽,解茂昭

均質(zhì)壓燃發(fā)動機燃燒與排放的多區(qū)模型模擬    賈明,解茂昭

內(nèi)燃機燃燒過程的數(shù)值模擬    董芳

柴油機受熱零部件熱負荷的實驗研究及其數(shù)值仿真    周祥軍

以汽油及天然氣為燃料的HCCI燃燒過程三維數(shù)值模擬的研究    姚良山

CA4102天然氣發(fā)動機燃燒過程的仿真研究    李昕

HCNG發(fā)動機摻氫比試驗研究    殷勇

HCNG發(fā)動機燃燒排放特性研究與準維模型計算    劉海全

帶鋼熱鍍鋅數(shù)值模擬    袁銀梅;李朝祥;

混燒鍋爐富氧燃燒的數(shù)值模擬    趙煒航;李麗麗;楊金鼎;金利偉;王德俊;金志昂;黨偉龍;張星;鄭文;

公路隧道火災模式下煙流的穩(wěn)態(tài)分析    馮煉,王婉娣,楊其新,王明年

燃燒室形狀對直噴柴油機燃燒性能影響的三維數(shù)值模擬    虞育松;李國岫;劉建英;

稀燃天然氣發(fā)動機缸壓數(shù)據(jù)采集及循環(huán)變動分析    姚寶峰;胡琰;馬冠欽;鄭亞銀;李國岫;

天然氣摻氫發(fā)動機性能與排放試驗    許健;張欣;劉建華;范龍飛;

汽油機工作過程數(shù)值模擬的研究進展    王桂芝,趙長祿

燃用生物柴油對柴油機噴射過程的影響    朱榮福;趙校偉;韓秀坤;陸小明;何超;

基于Matlab/Simulink的液壓自由活塞柴油機動態(tài)特性研究    趙振峰;張付軍;趙長祿;陳宇;

小型汽油機工作過程的數(shù)值模擬    陶海萍,周大森

大型原油儲罐全表面火災動力學模擬研究    厲建祥;張衛(wèi)華;陶彬;

用三維CFD研究柴油機噴霧內(nèi)部溫度分布    李云清;劉賓;李天蕾;

轎車用直噴柴油機缸內(nèi)工作過程CFD分析    王寶林;鄧幫林;李軍成;許勝利;馮仁華;

渦流室式發(fā)動機燃燒室節(jié)能鑲塊的研究與試驗    王婉珠;梅衛(wèi)江;錢興盛;

DPF對柴油車氣態(tài)及顆粒物污染物排放的影響    周華;李孟良;景曉軍;

車用乙醇汽油對發(fā)動機進氣系統(tǒng)沉積物的影響    郭瑞蓮;鮑曉峰;岳欣;崔平;紀威;

曲柄連桿機構(gòu)三維瞬態(tài)動應(yīng)力數(shù)值仿真研究    徐敏;葉曉明;

微型擺式內(nèi)燃機中心擺的溫度場分析    林吉靚;周非;牛潤杰;曾波;

反射板幾何結(jié)構(gòu)對圓筒爐輻射室熱效率的影響    竇從從;毛羽;王娟;王江云;

陽極焙燒爐熱平衡分析與數(shù)值模擬    姚成軍;徐明厚;

點火能量與初始壓力對瓦斯爆炸特性的影響研究    李潤之

選擇性非催化還原與先進再燃技術(shù)的實驗及機理研究    呂洪坤

基于信號處理的氫燃料發(fā)動機優(yōu)化控制    王麗君

發(fā)動機臺架試驗過程實時監(jiān)測與預警方法研究    趙雷剛

醇醚雙燃料壓燃發(fā)動機的燃燒機理與排放特性研究    閆妍

YC6T柴油機進排氣系統(tǒng)性能仿真及優(yōu)化研究    崔洪江

汽油機進氣混合O_2/CO_2的燃燒機理與性能研究    姚春玲

柴油機燃用小桐子油的燃燒過程試驗與模擬研究    王子玉

餐飲業(yè)煙道油垢自燃發(fā)火機理及細水霧自動滅火系統(tǒng)研究    謝正文

溶液霧化法制備鎳鈷精細粉體材料理論與工藝研究    郭秋松

沼氣發(fā)電機冷卻水預熱沼氣進料池系統(tǒng)的研究    康錫龍

預測函數(shù)控制系統(tǒng)的魯棒性研究    武海博

柴油機電液調(diào)速技術(shù)研究    田雨

柴油機大小渦輪相繼增壓控制參數(shù)研究與排氣連通管設(shè)計    朱清

缸內(nèi)流場結(jié)構(gòu)對天然氣發(fā)動機性能影響的模擬研究    張波

TBD234柴油機缸內(nèi)燃燒模擬及排放預測    張萬煌

某16V型柴油機相繼增壓性能分析    李琦

大功率柴油機數(shù)字式電子調(diào)速器設(shè)計研究    王博

基于模糊控制的柴油機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)研究    王釗

多功能燃燒彈的研究    田文凱

天然氣汽車的發(fā)展與未來展望    趙惠敏,劉潔 ,胡麗慧,張存信

淺談汽車排放控制技術(shù)    張守國;

世界能源狀況及車用天然氣發(fā)動機技術(shù)發(fā)展    林在犁,楊學杰

HCCI技術(shù)應(yīng)用于大型天然氣發(fā)動機的潛力    Gerhard Kogler;王鳳;

排氣管結(jié)構(gòu)對多缸增壓柴油機進氣不均勻性的影響    杜巍;單文詣;劉福水;

緩解能源危機的“救命稻草”    湯姆·墨菲;張瑜;

甲醇簡化機理及其在HCCI燃燒分析中的應(yīng)用    閆妍;張煜盛;

中國環(huán)境稅制現(xiàn)狀、問題及對策研究    李慧鳳;

雙火花塞發(fā)動機性能的仿真分析    夏懷成;安子軍;孫澤;邸立明;

中國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整及優(yōu)化    董會平;

均質(zhì)壓燃（HCCI）發(fā)動機著火與燃燒過程的理論與數(shù)值研究    賈明

中國式財政分權(quán)下環(huán)境污染問題研究    鄭周勝

點火時刻和噴氣時刻對天然氣發(fā)動機性能的影響    王東芹

492QC發(fā)動機燃用天然氣的實驗研究    李興虎,張有才,周大森,金克成,邢瑞棟

考慮熱負荷的活塞形狀優(yōu)化設(shè)計    羅朋,鄒文勝,左正興,蔡坪

表面溫度法在缸內(nèi)傳熱研究中的問題及探討    錢蘭,陳寧,劉秋才,郭七一

天然氣發(fā)動機燃燒特征與功率恢復    卓斌

柴油—天然氣發(fā)動機電控氣體燃料噴射技術(shù)的研究    李國岫

柴油機預混合燃燒技術(shù)    高海洋,曹惠玲,董錫強

均質(zhì)充量壓縮燃燒方式的研究進展及存在問題    汪映,周龍保,蔣德明

CNG發(fā)動機和汽油機燃燒的比較分析    姚勇

點火能量對電控單燃料CNG發(fā)動機性能的影響    郭林福;張欣;李國岫;

天然氣摻氫發(fā)動機試驗用混合氣配比系統(tǒng)研制    殷勇;馬凡華;

LPG發(fā)動機三維燃燒模擬計算與試驗研究    周重光

電控噴射稀燃天然氣發(fā)動機的關(guān)鍵技術(shù)研究    竇慧莉

美國最近的內(nèi)燃機研究動向——關(guān)于節(jié)約能源的問題    呂祖善;

汽油/天然氣兩用燃料發(fā)動機動力性能實驗    蹇小平;于正同;南濤;李強;

結(jié)合科研實踐培養(yǎng)學生研究能力的探討    馮洪慶;黃善波;馬永;劉安源;

應(yīng)用光纖壓力傳感器的點火閉環(huán)控制系統(tǒng)    錢永康,林寶軍,郭作揚,劉鯤鵬

奧迪A4新車    劉啟文;

均質(zhì)充量壓縮燃燒發(fā)動機的特點與研究現(xiàn)狀    王謙,吳小勇

專家坐堂    

北京現(xiàn)代車怠速抖動    陳仕清;

汽車發(fā)動機怠速抖動現(xiàn)象的原因及排查方法探討    姚嘉伶;

航天發(fā)動機高空模擬試驗新設(shè)施    G.Solfanelli;L.DeRose;E.Porch;張德雄;

汽車設(shè)計制造中的若干重要力學問題    鐘志華;李光耀;韓旭;

氣相色譜法在研究汽車發(fā)動機燃燒狀況中的應(yīng)用    成崇遠;史永剛;宋世遠;楊靖;

1.5m量級超燃沖壓發(fā)動機性能風洞試驗研究    盧傳喜;焦偉;賀偉;

發(fā)動機故障診斷中的新方法探索    王朝暉;

液化天然氣(LNG)在清潔燃料汽車發(fā)展中的作用及前景    張孔明;

污染組分對氫燃料發(fā)動機燃燒動力學影響的初步研究    劉偉雄;賀偉;李宏斌;樂嘉陵;

汽車污染的危害與控制    王小莉;

汽車中冷器的設(shè)計及應(yīng)用    李健醫(yī);石永泉;

液體火箭發(fā)動機推力室內(nèi)聲場分析    彭鋒;蔣劍;劉克;

基于支持向量機的發(fā)動機燃燒效率預測    石復習;

自主研發(fā)并不等同于閉門造車    本報記者 孫曉紅

燃燒青春寫華章    江風　龐向華 陳杏華

本田發(fā)布下一代動力系統(tǒng)油耗目標    朱林杰

技術(shù)海歸上演出走秀    張小梅張驊 吳明

馬自達展示氫轉(zhuǎn)子發(fā)動機混合動力版馬5    楊杰

香港新巴士應(yīng)用廢氣再循環(huán)技術(shù)    本報記者 張翼

錫柴國Ⅲ車 節(jié)能又環(huán)保    周?。爮埥ㄖ? 特約記者 許武英 朱健美

南汽凌野逆市崛起    劉蕊

榮威750推出08款2.5V6    樂國星

商用混合動力車紛紛亮相    王培王寧

含水酒精重整燃料發(fā)動機研究    游伏兵

基于化學反應(yīng)動力學的DME發(fā)動機燃燒與排放特性研究    莫春蘭

氫燃料發(fā)動機燃燒與優(yōu)化控制    楊振中

內(nèi)燃機燃燒模擬理論與應(yīng)用研究    孫俊

DME閃急沸騰噴霧特性及其在柴油HCCI發(fā)動機上的應(yīng)用研究    余敬周

壓燃式天然氣發(fā)動機燃燒過程模擬計算和試驗研究    鄭清平

低溫等離子體汽油重整及對汽油機稀薄燃燒影響的研究    于吉超

汽油發(fā)動機富氧燃燒理論分析及試驗研究    李勝琴

醇醚雙燃料壓燃發(fā)動機的燃燒機理與排放特性研究    閆妍

生物制氣—柴油雙燃料發(fā)動機的燃燒噪聲及燃燒模擬    湯東

LPG/柴油雙燃料發(fā)動機燃燒和排放特性的研究    趙俊華

發(fā)動機排放與城市道路超細顆粒物特性研究    屠曉棟

雙工況氫氧發(fā)動機燃燒與傳熱過程數(shù)值仿真研究    林志勇

不同氮氧組分進氣發(fā)動機性能及其排放實驗研究    隆愈強

乙醇HCCI發(fā)動機燃燒過程數(shù)值模擬及研究    尚海軍

固液混合發(fā)動機燃燒與燃速特性研究    胡建新

基于小波分析的汽車發(fā)動機燃燒控制研究    周兆爽

二甲醚發(fā)動機HCCI燃燒與排放的多維模擬和試驗研究    韓健

小型內(nèi)燃機燃燒測試平臺的構(gòu)建及應(yīng)用    劉小強

乙醇均質(zhì)壓燃及燃料改質(zhì)的模擬研究    劉家利