一、影响双燃料发动机总碳氢排放因素的实验研究（论文文献综述）
张浩[1]（2021）在《基于煤基合成柴油与活化热氛围调控的内燃机高效清洁燃烧技术研究》文中认为随着燃油耗法规和污染物排放法规的日益严格,能源与环境的可持续发展成为全球关注的焦点。中国具有缺油、少气、多煤的能源结构特点,根据我国的资源分布情况发展替代燃料可以充分发挥我国地域辽阔和资源多样性的优势,因此清洁替代燃料的开发及合成技术得到了各界的关注。同时,内燃机各种新型燃烧模式对燃料特性以及分子结构提出了新的要求,传统燃油的理化性质难以与新型燃烧模式的需求相匹配。因此,根据新型燃烧模式的需求通过替代燃料灵活调整缸内活化热氛围、优化发动机燃烧过程至关重要,近年来通过油机协同技术实现内燃机高效清洁燃烧逐渐成为研究热点。本研究基于国家自然科学基金以及吉林省自然科学基金项目,针对煤基合成柴油在压燃式发动机上的应用问题,基于燃料理化特性与燃烧模式协同配合的思想,探究煤基合成柴油/丁醇混合燃料活性控制燃烧以及双燃料喷射活化分层燃烧、煤基合成柴油/汽油双燃料喷射活化分层燃烧对于压燃式发动机燃烧过程以及排放污染物的影响。配合进气参数和喷油参数等燃烧边界条件调整,探索通过燃料理化特性以及活化热氛围调整实现压燃式发动机高效清洁燃烧的潜力,确定与燃料特性以及燃烧模式相匹配的燃烧边界条件控制策略。同时利用光学可视化研究与数值模拟分析的手段,探究燃料理化特性与燃烧边界条件对于混合气形成、燃烧过程、火焰发展及污染物生成历程的影响机理与作用机制。研究中以一台电控高压共轨四气门柴油机为基础,基于开放式ECU搭建了具有进气道喷射以及缸内直喷两套燃油喷射系统的热力学发动机试验测试平台。自行设计搭建二级模拟增压系统以及冷却EGR系统实现进气参数的灵活调节,基于电涡流测功机、燃烧分析仪、高响应的瞬态排放分析仪构建了发动机燃烧及排放测控系统,实现了压燃式发动机的燃烧与排放实时测试与分析。基于一台四冲程单缸立式水冷发动机和高速摄像机搭建了光学可视化测试平台,实现了压燃式发动机缸内火焰发展历程的采集和分析。基于本研究中所采用的热力学发动机耦合煤基合成柴油化学反应机理搭建可实现煤基合成柴油/汽油双燃料喷射活化分层燃烧三维模拟仿真平台,为从化学反应动力学角度深入分析压燃式发动机燃烧过程创造了条件。主要研究内容及结论如下:1、试验研究了燃用煤基合成柴油与国VI石化柴油对压燃式发动机燃烧过程及污染物排放的影响,研究发现相对于低芳烃含量的国VI石化柴油,煤基合成柴油具有较高的反应活性、十六烷值过高,在压燃式发动机中燃用煤基合成柴油滞燃期缩短,预混合燃烧比例减小、预混合燃烧与扩散燃烧边界明显。由于扩散燃烧比例高,燃烧持续期延长,因此相对于燃用石化柴油,燃用煤基合成柴油能够降低发动机的NOx排放但其颗粒物质量排放有所增加。2、针对纯煤基合成柴油燃烧存在的预混合燃烧比例不足的问题,采用煤基合成柴油/丁醇混合燃料活性控制以及双燃料喷射活化分层的燃烧方式灵活调控缸内活化热氛围进而改善发动机性能,研究发现两种燃烧模式均有利于提高预混合燃烧比例、改善混合气形成,有利于降低颗粒物排放。其中煤基合成柴油/丁醇活性控制与活化分层燃烧中通入EGR能够显着降低引入丁醇带来的高NOx排放,缓解NOx排放与颗粒物排放的trade-off关系。丁醇汽化潜热较大以及燃烧相位推迟等因素导致煤基合成柴油/丁醇活性控制燃烧的热效率相对于纯煤基合成柴油燃烧较低。相对于煤基合成柴油/丁醇活性控制燃烧模式,进气道喷射丁醇、缸内直喷煤基合成柴油的活化分层燃烧模式能够调整燃料缸内空间分布实现混合气反应活性的分层,从而更加灵活的调控缸内活化热氛围以达到更高的预混燃烧比例,因此活化分层燃烧过程中燃烧持续期更短、热效率水平与纯煤基合成柴油燃烧相当。但活化分层模式在进气和压缩冲程中残留在活塞环与缸套之间的丁醇燃料难以完全燃烧会产生较高的HC和CO排放。通过优化燃油喷射策略以及EGR率,活化分层燃烧模式下丁醇比例为30%时的排放最优点相对于燃用纯煤基合成柴油的排放最优点NOx排放降低了49.5%,颗粒物排放降低了40.9%。3、利用基于光学发动机的可视化平台,对煤基合成柴油/丁醇混合燃料活性控制以及双燃料喷射活化分层燃烧模式下的火焰发展历程以及缸内温度场分布进行研究,发现煤基合成柴油/丁醇混合燃料活性控制以及双燃料喷射活化分层燃烧均能够有效降低压燃式发动机燃烧过程中的火焰面积和火焰自然发光度,缸内平均温度降低、温度场分布更加均匀,有利于降低碳烟KL因子进而抑制碳烟生成,其中活性控制燃烧效果更好。活化分层燃烧模式中进气道预喷的丁醇在压缩过程中开始低温反应先期形成了利于着火的自由基,能够加快煤基合成柴油的后期扩散燃烧速度。相对于活性控制燃烧仅在缸壁周围形成火焰团,煤基合成柴油/丁醇活化分层燃烧过程在气缸中心区域和缸壁周围均形成了明显的火焰团。4、为提高缸内燃烧反应活性梯度实现燃烧放热规律的灵活调控,进一步提高热效率实现高效清洁燃烧,采用反应活性及汽化潜热更低的汽油作为进气道喷射燃料,基于双燃料喷射热力学发动机对煤基合成柴油/汽油双燃料喷射活化分层燃烧模式进行了试验研究。研究表明,在进气道预喷汽油的双燃料喷射活化分层燃烧模式中,缸内直喷高反应活性的煤基合成柴油代替石化柴油能够增大混合气反应活性梯度,有利于进一步提高发动机指示热效率,同时有助于降低压力升高率峰值进而拓展活化分层燃烧模式的负荷范围。煤基合成柴油/汽油双燃料喷射活化分层燃烧模式中需结合发动机工况选择最佳的直喷时刻和汽油比例,在保证压力升高率不超限的基础上获得较高的热效率。通过燃油喷射策略优化,相对于石化柴油/汽油活化分层燃烧模式,采用煤基合成柴油/汽油活化分层燃烧模式使发动机指示热效率提高2%,同时压力升高率峰值和NOx排放分别降低了46.1%和20.1%。相对于纯煤基合成柴油直喷燃烧模式,煤基合成柴油/汽油活化分层燃烧模式的指示热效率提高了6.7%、颗粒物质量排放降低了19.8%而NOx排放变化不大。5、基于数值模拟分析平台,针对煤基合成柴油/汽油双燃料喷射活化分层燃烧模式下的燃料蒸发、雾化混合、燃烧过程及主要污染物生成历程进行了研究。结果表明,煤基合成柴油/汽油双燃料喷射活化分层燃烧模式中提高汽油比例有利于减少扩散燃烧比例从而使温度场分布更加均匀,当汽油比例超过一定限度时可以从温度场分布中明显观察到汽油自燃的过程。活化分层燃烧模式中在气缸中预混的汽油会提前进行低温反应为直喷燃料着火储备一定比例的活性自由基,有利于促进高温反应进行,抑制碳烟前驱物生成。提前喷油能够加速燃烧过程同时改善温度场分布的均匀性,早喷能够显着改善缸内油气混合情况从而抑制碳烟排放。
杜桂枝[2]（2021）在《压燃式天然气发动机高效稳定运转工况范围拓展研究》文中指出面对日益严峻的能源环境现状以及传统内燃机车所受到的严峻挑战,使用清洁可替代燃料和高效节能减排燃烧方式是改善问题的途径之一。本文以清洁燃料天然气和高效燃烧方式均质充量压燃（Homogeneous Charge Compression Ignition,HCCI）为研究主体,针对均质压燃存在的燃烧过程难以控制和运行范围窄的问题,以拓展天然气HCCI发动机运行范围、实现天然气HCCI发动机全工况范围稳定运行为研究目标;采用理论分析、台架试验和模拟计算为研究手段,构建了天然气HCCI燃烧单缸机试验平台、柴油引燃天然气双燃料多缸机试验平台及三维模拟计算平台、化学反应动力学准维多区模拟计算平台,对天然气HCCI发动机敏感边界条件的燃烧特性、拓展天然气HCCI发动机运行范围的有效策略以及拓展后发动机的稳定运行范围进行了系列研究。主要研究内容和结论包括:（1）天然气HCCI发动机受到爆震和失火极限的限制,其稳定运行范围较窄。发动机的爆震极限和失火极限随着转速的增加向稀混合气方向移动,稳定燃烧范围没有明显变化。进气温度增加对爆震极限影响不大,发动机的稳定燃烧边界向稀混合气方向移动,整体运行范围变宽。转速为1000r/min时,随着进气温度升高,过量空气系数增加,天然气HCCI发动机的有效热效率均降低。在低转速下,燃烧始点对过量空气系数最为敏感;随着转速增加,敏感度系数降低,而当转速达到1800r/min时,燃烧始点对过量空气系数的敏感度系数反而增加。随着转速增加,燃烧始点对进气温度的敏感度先增加后降低。（2）外部废气再循环（EGR）、负气门重叠（Negative Valve Overlap,NVO）和排气门晚关（Late Exhaust Valve Close,LEVC）三种EGR策略均具有推迟着火,延长燃烧持续期,拓展天然气HCCI发动机高负荷运行范围的潜力。但LEVC策略下的内部EGR潜力最小。NVO的内部EGR策略比外部EGR策略更容易实现天然气HCCI发动机高负荷运行范围拓展。随着EGR率增加,外部EGR策略下缸内温度降低,缸内轴向温度由上中下对应于低中高三个层次明显的温度分层现象转变为上低下中的分层现象;NVO策略缸内温度大小几乎不变,缸内温度呈现出上中下对应于低中高三个层次明显的温度分层现象,表现出较为明显的高温区转移特征,即由进气侧转移至排气侧;LEVC策略下缸内温度升高,缸内轴向温度由低中高三个层次的温度分层现象转变为中高温分层现象。对比三种EGR策略,NVO策略是实现高指示热效率的有效控制策略。（3）从化学反应动力学角度开展进气道喷水对天然气HCCI发动机燃烧特性、缸内重要组分以及高负荷下爆震强度影响的研究。另外,改变加入缸内水的物理特性,探究水的稀释效应、热效应和化学效应对燃烧始点的影响。结果表明:随着喷水质量分数的增加,缸内压力峰值降低以及压力峰值所对应的曲轴转角后移。随着过量空气系数增大和进气温度降低,缸内燃烧过程对喷水的敏感度变大,天然气HCCI发动机对水的容忍度变小。在发生爆震非正常燃烧的高负荷工况下,喷水会使燃烧始点后移,爆震强度降低,使燃烧过程正常化。水的热效应对燃烧始点的影响明显大于其化学效应和稀释效应。在采取喷水来减慢化学反应,缓解爆震和拓展负荷的同时,改变进气温度以实现燃烧边界条件与燃料化学的协同控制,是实现天然气HCCI可控燃烧的有效手段。喷水能有效降低缸内重要组分的产出和消耗率,降低主要基元反应速率,减缓缸内化学反应进程。对比外部EGR策略、NVO策略、LEVC策略以及喷水策略,NVO策略是一种可获得高热效率,可作为拓展发动机高负荷运行范围的最优控制策略。（4）活性燃料氢气、臭氧、二甲醚和柴油四种添加剂均能够改变缸内组分自燃特性,增强混合气着火能力。随着添加剂引入质量分数和柴油替代率增加,缸内整体燃烧相位提前,燃烧持续期缩短。四种添加剂均具有拓展天然气HCCI发动机低负荷运行范围的能力。从四种添加剂的助燃机理看,氢气的加入增加了重要自由基OH浓度;臭氧的加入增加了O原子浓度,进而增加了重要自由基OH浓度,自由基OH浓度的增加加快了消耗甲烷主要反应速率,加快了缸内燃烧过程;二甲醚和柴油的助燃机理在于二者易燃,燃烧后引燃天然气。从混合气形成、发动机热效率及成本对比,氢气是一种环保、可持续、低成本且易于拓展天然气HCCI发动机低负荷运行范围的优良添加剂。（5）基于确定的可拓展天然气HCCI发动机稳定范围的NVO和加氢控制策略,不同转速下发动机的稳定运行范围均得到了拓展,表明NVO策略和加氢策略是拓展天然气HCCI发动机稳定运行范围的有效策略。但针对不同工况的具体i-EGR率和氢气质量分数还需通过试验进行匹配研究。
黄粉莲,田茂盛,万明定,申立忠,雷基林[3]（2021）在《过量空气系数对柴油/甲醇RCCI发动机非常规排放特性的影响》文中研究指明为探究柴油/甲醇反应活性控制压燃（Reactivity Controlled Compression Ignition,RCCI）发动机非常规排放特性及影响机理,该研究对某高压共轨柴油机进气歧管进行改造,搭建了柴油/甲醇双燃料RCCI发动机专用试验台架,系统研究了不同甲醇替代率、过量空气系数对发动机非常规排放物的影响规律。结果表明:最大转矩转速（2 000 r/min）、不同负荷工况下,随甲醇替代率增大,柴油/甲醇RCCI发动机甲醇、甲醛、芳香烃碳氢化合物和SO2排放量升高,非甲烷总烃、CO2排放降低;25%负荷、甲醇替代率从0%增加到15%,CO2排放量降低4.5%;100%负荷、30%甲醇替代率时,CO2排放量较纯柴油模式减少6.8%。随过量空气系数减小,未燃甲醇、甲醛、非甲烷总烃和SO2排放量降低,CO2排放升高;25%负荷下,过量空气系数从3.48减小到3.05,5%、10%、15%替代率下甲醇排放量分别降低16.9%、12.7%和14.5%,甲醛排放量分别降低8.8%、10.8%和10.5%,非甲烷总烃排放量平均下降75%;100%负荷下,过量空气系数从1.6减小到1.38,10%、20%、30%替代率下甲醇排放量分别降低45.6%、45.9%和43.9%,非甲烷总烃排放分别降低18.2%、27.3%和60%,甲醛排放量平均减少34.4%;高负荷下芳香烃碳氢化合物随过量空气系数的减小而升高,低负荷下变化不明显;RCCI模式下,碳氢化合物的主要成分是未燃甲醇和甲醛,适当关小节气门开度,减小过量空气系数,对降低非常规污染物排放有利。外特性工况下,随发动机转速增加,未燃甲醇、非甲烷总烃、二氧化碳排放降低,甲醛排放增多;不同转速下随着甲醇替代率增加,非甲烷总烃和二氧化碳排放降低,未燃甲醇和甲醛排放量增加。研究结果可为柴油/甲醇双燃料RCCI发动机非常规排放物控制奠定理论基础。
杨尚刚[4]（2021）在《Z6170型船用双电控双燃料发动机开发与试验研究》文中研究指明随着船舶排放法规的日趋严苛和世界能源的日益短缺,高热效率、低排放的节能环保发动机成为船舶动力发展技术的主导方向,液化天然气具有能量密度高、排放低、便于运输等优点,被认为是船舶动力最有发展潜力的绿色燃料之一。在未来的船舶动力中,天然气柴油双燃料发动机以其生产改制方便、燃料可选择性灵活,以及其良好的环保性、经济性等多重优点,已成为国内外船舶绿色动力前进的方向。正文以理论分析和台架试验的方法,研究了船舶天然气/柴油双燃料发动机常用工作模式的性能和排放特性。在船舶发动机常用的E3循环工作特性和D2循环工作特性下,研究了双燃料发动机柴油模式和双燃料模式的试验性能;在发动机E3循环工作特性下,研究了双燃料发动机柴油模式和双燃料模式下,NOx、CO2、THC和CO等污染物的排放特性,研究结果表明:（1）E3和D2循环双燃料模式运行时:功率和柴油模式相同,增压压力和涡后排温略有升高,最大爆发压力和热效率均有降低,双燃料模式替代率大幅提高,并将双燃料模式运行负荷点由25%降至10%,拓宽了双燃料模式的运行区间。（2）E3循环排放特性:柴油模式NOx和CO2比双燃料模式排放高;双燃料模式THC和CO排放大幅高于柴油模式;燃油喷射时刻的提早,NOx和CO2排放增加,THC和CO降低;燃油替代率的提高,THC和CO排放迅速恶化,NOx和CO2排放降低;天然气喷射时刻的改变对NOx影响不明显,天然气喷射时刻的过于提前和滞后均造成THC和CO的恶化。（3）排气污染物比排放量的计算:E3工作循环,试验机柴油模式和双燃料模式NOx+NMHC和CO的比排放计算结果均达到了还未实施的GB15097船舶发动机排气污染物第二阶段限值的要求。
田茂盛[5]（2021）在《甲醇/柴油双燃料RCCI发动机综合性能研究》文中进行了进一步梳理甲醇/柴油反应活性控制压燃（Reactivity Controlled Compression Ignition,RCCI）燃烧技术通过进气道喷入低活性、易挥发的甲醇燃料,缸内直喷柴油引燃均质的甲醇空气混合气燃烧。利用柴油易着火以及甲醇燃烧速率快、抗爆性好的特点,协调控制两种燃料比例,实现可控的高效、清洁燃烧。研究表明,甲醇/柴油RCCI燃烧策略能够降低氮氧化物（Nitrogen Oxides,NOx）和颗粒物（Particulate Matters,PM）排放同时保持较高的热效率,但存在碳氢化合物（Total hydrocarbon,THC）和一氧化碳（Carbon monoxide,CO）排放较高的问题。THC和CO的生成与缸内燃空当量比、燃烧温度、混合气组分有关。为探究甲醇替代率、过量空气系数对RCCI发动机经济性与污染物排放特性的影响规律,在某4缸高压共轨柴油机的进气总管处加装电子节气门组件,在进气歧管处安装甲醇喷射器,实现甲醇/柴油RCCI燃烧。通过协调控制两种燃料的喷射比例、调控节气门开度改变进气流量,研究不同甲醇替代率、过量空气系数对甲醇/柴油RCCI发动机性能的影响,主要结论如下:（1）柴油机最大转矩转速（1600 r/min）下,负荷率25%～50%时,最大甲醇替代率受THC排放和燃油消耗率的限制,最佳甲醇替代率为5%～10%;负荷率为50%～75%时,最大甲醇替代率受爆震和不完全燃烧的限制,最佳替代率为30%～40%;负荷率75%～100%时,最大甲醇替代率受缸内压力和排气温度的限制,最佳替代率为30%。100%负荷下,调节进气量可使最大甲醇替代率从30%提升至36%,有效燃油消耗率较原机降低6.2%。（2）2000 r/min、75%负荷和100%负荷下,随着甲醇替代率的增加,有效燃油消耗率降低,有效热效率增加。75%负荷时,40%替代率与纯柴油模式相比,有效燃油消耗率降低6.1%,有效热效率提高2.9%。100%负荷时,30%替代率与纯柴油模式相比,有效燃油消耗率降低4.8%,有效热效率提高3.4%。（3）2000 r/min、不同负荷工况下,随甲醇替代率的增加,NOx、PM、CO2和非甲烷总烃排放降低,CO、THC、醇类和醛类排放升高。负荷率100%、甲醇替代率为30%时,与纯柴油模式相比,NOx排放降低18.1%,PM排放降低36.0%,CO2排放降低6.8%,非甲烷总烃排放下降76.0%,CO排放是原机的20倍,THC排放是原机的8倍,双燃料模式下醇类和醛类排放占THC排放的99%左右。（4）不同负荷工况、最佳甲醇替代率下,随过量空气系数的增大,柴油机燃油消耗率和排气温度降低,有效热效率升高。25%负荷、甲醇替代率10%时,过量空气系数从3.04增大到3.38,有效燃油消耗率降低2.7%,有效热效率升高3.7%,排气温度降低27℃;100%负荷、甲醇替代率27%时,过量空气系数从1.35增大到1.6,有效燃油消耗率降6.7%,有效热效率升高4.7%,排气温度降低6.2%。（5）25%负荷、甲醇替代率10%时,过量空气系数从3.04增大到3.38,PM排放降低44.4%,NOx排放下降8.3%,CO2排放降低9.1%;100%负荷、甲醇替代率27%时,过量空气系数从1.35增大到1.6,PM、CO2、SO2、芳香烃排放分别降低25.0%、9.4%、10.1%、83.1%;NOx排放增加9.8%,未燃甲醇、甲醛放分别增加78.3%、52.3%。CO、正辛烷、非甲烷总烃排放随过量空气系数的变化不明显。
刘振廷[6]（2021）在《微引燃柴油/天然气双燃料发动机化学反应动力学机理与燃烧特性研究》文中提出严峻的能源环境局势以及严苛的船舶排放法规,使天然气发动机技术得到了重视。其中柴油/天然气双燃料发动机具有较高的功率密度又能降低排放,在船用发动机市场得到了广泛应用。此外鉴于传统柴油燃烧排放问题,为了在保证较高的热效率的同时,降低柴油/天然气双燃料发动机排放,低温燃烧技术得到了广泛关注。其中RCCI燃烧模式可通过良好的燃烧相位和放热速率控制,拓展双燃料发动机的运行范围,并有希望满足未来更为严苛的排放法规。然而RCCI燃烧模式依旧存在高负荷工作粗暴以及低负荷未燃HC和CO排放高的问题,针对燃油喷射参数对缸内混合气分层及燃烧具体影响的详细研究依然较少。此外,目前对其柴油/天然气混合气着火以及燃烧过程机理的认识尚不清晰。因此构建更为准确的柴油/天然气燃料反应模型,并揭示相应的燃烧化学动力学过程,在此基础上开展喷射参数对RCCI模式影响的研究,对优化船用微引燃双燃料发动机在RCCI模式下的燃烧及排放具有重要意义。首先,针对柴油以及天然气燃料的物化性质,分别选取正十二烷、甲基环己烷以及甲苯作为柴油表征组分,甲烷作为天然气表征组分,根据所研究双燃料发动机工况数据,确定了机理简化研究工况范围。以直接关系图法、基于误差传播的直接关系图法和全局敏感性分析方法作为机理简化方法组合,分别对各组分详细机理在选定工况点进行了简化。之后基于着火延迟期、层流火焰速度以及重要中间组分浓度实验数据,对各个组分简化机理进行对比了全面的验证研究。通过对各分组分简化机理的合并,构建了包含150个组分、776个基元反应的多组分柴油/天然气双燃料燃烧机理模型。其次,进行了柴油表征组分大分子之间交叉反应研究,选取生成的双燃料简化机理模型,通过反应路径分析得到了交叉反应主要参与组分,并确定了具体交叉基元反应,再根据热力学相关理论以及研究数据,对机理模型中交叉反应系数进行补充,生成了71个交叉反应,从而构建了带有交叉反应的双燃料简化机理,包含150种组分,847个基元反应。在此基础上,在不同温度、压力、当量比下,开展了交叉反应对柴油组分着火过程的影响进行了研究,研究发现:在中低温条件下,交叉反应对着火的影响更为明显,且随着初始温度的升高,交叉反应的影响会出现减弱。此外交叉反应对着火过程的影响对初始压力的变化不敏感,随着当量比的增加特别是在低温条件下,交叉反应的影响也会增强。为了进一步研究交叉反应对着火过程的影响机制,通过柴油组分反应通量计算,明确了其在有无交叉反应时柴油组分主要演化途径的差异,结合关键中间产物生成消耗过程的敏感性分析以及浓度分析,确定了交叉反应对燃烧影响的关键基元反应,并全面总结了有无交叉反应时柴油组分主要演化途径差异性的变化规律。分析结果表明,组分在较低温度下,总体反应活性较低,交叉反应可以加速柴油组分中间产物的反应及生成,特别是对于正十二烷组分,交叉反应能够较大程度提高其重要次级产物的反应比例,加速燃烧过程后期中小分子活性组分的生成速率,从而降低着火延迟期;但在较高反应温度下,基元反应速率大大提高,使得交叉反应并没有显着提高关键中间产物的反应速率,因此交叉反应对着火的影响非常有限。最后,利用三维建模软件建立了采用两次柴油喷射策略的6K系列微引燃柴油/天然气双燃料发动机几何模型,通过CFD软件对双燃料发动机在25%负荷和75%负荷工况进行了数值模拟及验证。结果对比表明带有交叉反应的简化机理可以更准确地描述双燃料发动机的燃烧过程。利用带有交叉反应的多组分机理模型,结合不同温度下柴油及天然气组分关于主要污染物生成路径的分析,对不同柴油喷射参数对于柴油/天然气双燃料发动机燃烧特性以及排放物生成的影响进行了研究,其中一次喷射正时为60°CA BTDC至20°CA BTDC,一次喷射柴油比例为20%至80%,二次喷射正时为-15°CA ATDC至5°CA ATDC。结果表明在低负荷下,一次喷射正时的提前促进了一次喷射柴油低温反应生成的OH离子的扩散,CH4得到了充分燃烧,缸内温度场相对均匀,抑制了NO的生成;随着一次喷射比例的增加,柴油预混燃烧比例增加,促进了燃料低温氧化路径,燃烧始点相位提前,但导致主燃期过早,产生过多的负功。高负荷下由于燃烧持续期较短,燃烧温度较高,高温反应路径得到加强,不同一次喷射正时导致的燃烧过程差异性较低。一次喷射比例过高反而会造成着火时刻的延后,二次喷射柴油引燃能量的不足也会造成CO排放上升;一次喷射比例过小时,缸内高反应活性组分浓度较低,柴油一次喷射对主燃期作用降低,造成未燃CH4增多。不同负荷下随着二次喷射正时的提前,燃烧时刻大幅提前,缸压峰值提高;二次喷射正时滞后至压缩上止点或者之后时,虽然会降低NO排放,但由于严重的后燃导致燃料高温反应路径受到了限制,未燃CH4及CO排放有所增加。
赵睿,许乐平,苏祥文,王忠诚[7]（2021）在《船用HND三燃料发动机研究进展及发展趋势探讨》文中研究表明由于船用发动机节能减排的需要,使用清洁能源作为替代燃料成为一个重要的发展方向。结合国内外针对氢-天然气-柴油（HND）三燃料发动机的研究,分析此类发动机燃烧性能和排放性能。增加氢气在混合燃料中的比例使得发动机缸内压力峰值提升,缸内温度增加,有助于提高发动机效率和机动性;一氧化碳、二氧化碳、总碳氢排放随氢气比例的升高而减少;氮氧化物排放有所增加;颗粒物排放显着减少。随着氢能源战略的发展,船用HND三燃料发动机在未来有望得到商业化推广应用。
于洪亮[8]（2020）在《船用低速二冲程LNG/柴油双燃料发动机燃烧过程数值研究》文中研究说明随着海上运输业的发展,运输船舶保有量逐年增加,船舶燃料消耗与日俱增,船舶引起的大气污染日益受到重视,IMO对船舶发动机的污染物排放提出了严格的限值,面对能源、环境和排放法规的压力,船用低速LNG/柴油双燃料发动机迅速发展,该发动机虽满足含硫量要求,降低了 NOx排放,但大部分船用双燃料发动机仍不能满足Tier Ⅲ阶段NOx排放限值,并普遍存在MHC排放大的问题。船用低速二冲程双燃料发动机的扫气方式、喷油器位置、燃烧室型式等与中小型机不同,燃烧过程没有准确的预测方式,排放规律不能完全照搬现有的中小型机规律。HPDI低速二冲程LNG/柴油双燃料发动机的燃烧过程、燃气流动规律以及排放产物生成机理不甚清楚。因此,研究船用低速二冲程双燃料发动机的燃烧过程规律及排放物生成机理有着重要的理论意义。船用大型低速双燃料发动机,通过成百上千次的试验进行数据采集的研究方法存在场地、设备的限制。同时发动机燃烧过程的研究中很少从燃烧过程量化和燃烧阶段的控制上进行研究,特别是缺少燃烧过程量化方法的系统研究。因此,开展发动机燃烧过程的量化方法研究,对深入研究燃烧特性提供了实用的方法参考。本文基于图像学方法,将发动机的燃烧过程看成是无限个缸内瞬时图像的重塑过程,提出了图像学框架下图像特征与燃烧状况的逻辑映射关系,定义了高温区体积、高温体积率和火焰传播速度三个特征值,通过特征值分析,能够对发动机燃烧过程中的不稳定现象及变动规律进行有效分析。基于图像量化研究方法及数值模拟技术,以HPDI低速二冲程LNG/柴油双燃料发动机为研究对象,探索了 FD和DIDF燃烧过程及排放污染物生成规律,进一步明晰了 DIDF与FD下瞬态燃烧及排放的差异,揭示了缸内高温体积、火焰传播速度及CH4燃烧中断对DIDF燃烧排放的作用机理。更深入研究了燃料喷射定时、初始气体状态对DIDF燃烧过程及排放产物生成的影响规律,为船用低速二冲程双燃料发动机的优化及应用提供理论基础与研究手段。主要研究结论如下:（1）DIDF和FD下火焰呈现的传播路径基本一致,但初始着火位置不同,DIDF和FD下的径向火焰传播速度均呈“单峰型”波动规律,轴向火焰传播速度均呈“波动型”规律,不同的是FD径向火焰传播速度出现了两次衰减为零的现象。DIDF下总燃烧持续期比FD下明显缩短,HPDI天然气燃烧火焰传播速度比柴油燃烧火焰传播速度快。DIDF下存在两段燃烧不稳定期和一段燃烧稳定期,燃烧过程中NG存在燃烧中断现象,燃烧中断系数呈现先升后降的规律,DIDF火焰发展速度小于NG预混合气形成速度,MHC集中于喷嘴上下两侧,随着NG火焰的发展,喷嘴上方的MHC被烧掉,喷嘴下侧MHC向活塞环岸运动。（2）从燃烧持续期和缸内高温区域分布角度,对HPDI双燃料发动机比传统柴油机缸内平均温度更高,NOx排放却相对较少的现象,分析了其产生机理。研究表明:与FD工况相比,DIDF下发动机的燃烧持续期更短,缸内高温区主要集中在引燃柴油的着火区域,且高温区域较FD下大幅减小,致使DIDF的NOx排放较FD大幅降低。（3）针对HPDI双燃料发动机普遍存在的NOx排放满足Tier Ⅲ阶段限值困难,和MHC排放大问题,提出了主/引定时下的燃烧阶段控制手段,并针对NOx和CH4减排提出了优化控制策略。滞燃期和速燃期的控制应主要通过改变引定时来实现,缓燃期和后燃期则主要通过改变主定时进行控制。NOx排放控制策略应延迟主定时和引定时,CH4排放控制策略应提前主定时、延迟引定时。（4）通过对DIDF下初始气体状态（扫气压力、进气温度和EGR）影响机理的研究发现:扫气压力提高,进气温度降低,EGR增大,均造成缸内温度峰值降低,高温体积率减小,NOx排放呈现不同梯度的下降规律。但对缸内火焰传播速度、缸内压力峰值和MHC排放的影响,扫气压力提高,进气温度降低和EGR增大却呈相反的规律。扫气压力提高和进气温度降低,均使缸内火焰传播速度加快,缸内压力峰值升高,MHC排放降低,与EGR增大的影响截然相反。本文可以提炼出以下创新点:（1）论文采用数值研究方法对船用低速二冲程LNG/柴油双燃料发动机的缸内燃烧过程进行量化研究,探讨了缸内高温体积、火焰传播速度与CH4燃烧状态对双燃料发动机燃烧过程影响的机理,分析了纯柴油和柴油引燃天然气燃烧过程及排放污染物生成规律的差异,揭示了柴油引燃天然气燃烧过程的不稳定现象及变化规律。（2）针对发动机高效清洁燃烧优化控制的需要,研究了燃料喷射定时及初始气体状态对发动机燃烧排放的影响规律,提出了天然气喷射定时协同柴油引燃定时对燃烧持续期中各燃烧阶段进行优化控制的策略。（3）论文将图像学用于船用低速二冲程LNG/柴油双燃料发动机的缸内燃烧过程的数值研究,提出了图像学框架下图像特征与燃烧状况的逻辑映射关系,为燃烧过程的量化研究提供了直观有效的分析手段。
陈家丰[9]（2020）在《基于RCCI的船用天然气/柴油双燃料发动机性能仿真研究》文中指出为应对日益加剧的能源危机与国际海事组织（IMO）愈加严格的排放法规,寻求高效清洁的新型船用发动机替代燃料的的研究得到广泛关注,船用天然气/柴油双燃料发动机应运而生。天然气凭借其绿色环保等方面优点,使得天然气/柴油双燃料发动机成为船用发动机的热门研究方向之一。由于天然气异于传统燃料的理化特性,导致双燃料发动机其燃烧特征不同于传统发动机,为实现其优良的高效低排放性能,本文通过仿真技术,针对天然气/柴油双燃料发动机在RCCI燃烧模式下的燃烧及排放特性展开多维数值模拟研究。本文以船用6190天然气/柴油双燃料发动机为研究对象,利用CONVERGE进行仿真建模。首先在建立几何模型的基础上进行网格划分,并通过试验获得仿真模型的初始、边界条件及验证数据,对其进行计算参数配置实现高负荷工况下的结果标定,完成模型有效性验证。在此基础上,分别研究进气特性、燃烧室形状及喷射策略对天然气/柴油双燃料发动机在RCCI燃烧模式下的影响规律。研究表明,进气特性对缸内燃料着火时刻、压力、温度及排放影响较大。本文通过控制变量法,在其他条件不变的情况下,分别研究了不同增压压力（1.7-2.0bar）及不同进气温度（308-323K）对双燃料发动机燃烧过程及排放指标的影响,对理解进气特性参数对发动机性能的影响具有理论意义。在上述基础上,保证压缩比不变,设计了四种不同形状的燃烧室,利用CONVERGE分别建立缸内燃烧模型进行仿真计算。并通过分析缸内流场分布与排放产物,对燃烧室形状不同引起的燃烧过程及排放特性变化进行讨论。最后,进一步分析了引燃柴油单次喷射正时对发动机经济性和排放性的影响规律,在此基础上,定量分析了二次喷射策略下预喷正时和预喷油量对发动机的燃烧及排放特性的影响。综合考虑研究结果,提出了二次喷射策略下的一组较优喷射参数。为船用双燃料发动机的控制策略提供理论基础。
舒俊[10]（2020）在《基于CFD耦合化学动力学的柴油引燃天然气发动机燃烧与排放机理研究》文中指出雾霾作为影响中国最为广泛的环境污染方式之一,严重影响到了我国人民的身体健康。同时,日益增长的能源需求,使我国面临严峻的能源危机。而内燃机既是造成雾霾的主要来源之一,也是能源消耗的主要工具。因此,寻找高效、清洁的内燃机替代燃料,并组织合理的燃烧方式,对于解决我国大气污染与能源危机具有重大意义。天然气作为储量丰富的清洁燃料,在内燃机上应用通常有火花点燃和柴油引燃两种方式,均引起了学者们的广泛关注。仅仅采用火花点火的方式,会因火焰传播速度慢而容易引起爆震和燃烧不稳定等问题。相比于火花点火方式,柴油引燃天然气（Diesel Pilot Ignited Natural Gas,DPI NG）的燃烧方式可以有效解决上述问题。目前,这一燃烧方式广泛应用于重型天然气汽车。本研究开展了多种工况下的DPI NG双燃料发动机试验,基于DPI NG的试验数据,建立了耦合化学反应动力学机理的三维CFD仿真模型,并利用试验结果对模型的有效性进行了验证。基于化学反应机理,运用Chemkin研究了初始温度、初始压力、当量比和混合比对甲烷/正庚烷（CH4/NC7H16）混合燃料滞燃期的影响。然后,通过试验数据结合GT-Power模拟结果,研究了喷油正时对DPI NG发动机缸内燃烧过程与排放生成特性的影响。最后,基于验证的CFD模型,研究了喷油夹角、过量空气系数、替代率、涡流比和燃烧室结构对缸内燃烧过程、排放生成特性和热功转换过程的影响。论文的研究结果表明:（1）在初始温度为800 K到1100 K的低温区域,滞燃期同时受温度、压力与甲烷摩尔分数的影响。因而,在高甲烷摩尔分数下,提高当量比和增大初始温度可以达到同样缩短滞燃期的效果。而在不同的当量比下,反应R98都是甲烷消耗的最主要原因,反应R342是对温度具有积极影响的重要反应。为了加快燃烧,需要加强有利于反应R98与R342进行的条件。（2）喷油夹角对缸压、放热率（HRR）、燃烧效率和指示效率的影响表明必须同时优化喷油夹角和燃烧室的形状,才能在相同喷雾角度下获得最佳燃烧效率和最高指示功。而要获得较理想的燃烧过程,并且兼顾氮氧化物（NOx）、未燃CH4和一氧化碳（CO）的排放,最佳喷油夹角应在120°至160°之间。（3）增大喷油提前角虽然可以有效提高最大缸内压力和最大HRR,同时,会导致NOx的迅速增加和碳氢（HC）的轻微上升,但有效热效率却是先升高后降低。另外,喷油提前角对50-90%燃烧持续期的影响比10-50%燃烧持续期的影响大。当CH4能量分数从50%上升到90%,NOx和未燃甲烷排放增加,CO排放量先增加然后减少。（4）在50%负荷下,当λ从1.0增加到1.5时,最大缸内压力增加并且其位置提前,HRR迅速增加的位置也出现的越早。同时,随着λ从1.1增加到1.5,放热过程的持续时间会变长,并且最大HRR会降低。随着λ的变化,NOx和HC表现出“此消彼长”的关系,而λ保持在1.2以上,CO排放量就会保持在较低水平。（5）当涡流比增加时,最大缸内压力和放热率先增加后减小。而随着敞口大小变大和凹槽深度变浅,峰值压力和峰值放热率均变小,SOC和CA50位置在低速高负荷和高速低负荷中均出现了推迟。而涡流比超过2后,继续增加涡流比对初始燃烧阶段的影响变得很小,而要获得最佳CA50位置,需使涡流比维持在1左右。在微量DPI NG发动机中活塞敞口大小与凹槽深度仍然需要与柴油机类似,这样有利于缸内燃烧。通过CFD耦合化学反应动力学模拟研究,揭示了关键参数对DPI NG发动机燃烧过程和排放形成机理的深层原因,获得了各种工况下各种参数的最优值,为进一步改善微量DPI NG发动机的动力性和排放性提供了理论依据。
二、影响双燃料发动机总碳氢排放因素的实验研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、影响双燃料发动机总碳氢排放因素的实验研究（论文提纲范文）
（1）基于煤基合成柴油与活化热氛围调控的内燃机高效清洁燃烧技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 内燃机新型燃烧模式的研究进展 |
| 1.2.1 均质压燃技术(HCCI) |
| 1.2.2 预混合压燃技术(PCCI) |
| 1.2.3 基于双燃料喷射的反应活性控制压燃技术(RCCI) |
| 1.3 内燃机替代燃料技术的研究进展 |
| 1.3.1 醇类燃料发展现状 |
| 1.3.2 煤基合成燃料(CTL)发展现状 |
| 1.4 发动机光学诊断技术的研究进展 |
| 1.4.1 光学发动机国内外研究进展 |
| 1.4.2 光学测试方法国内外研究进展 |
| 1.5 论文的基本思路与主要研究内容 |
| 1.5.1 基本思路和方案 |
| 1.5.2 主要研究内容 |
| 第2章 试验研究平台建立及测试分析方法 |
| 2.1 热力学试验平台及测控系统 |
| 2.1.1 试验台架 |
| 2.1.2 试验发动机 |
| 2.1.3 缸压采集及燃烧数据分析 |
| 2.1.4 污染物排放测试系统 |
| 2.2 光学可视化平台及测试方法 |
| 2.2.1 光学发动机及其测试平台 |
| 2.2.2 高速摄像及图像处理方法 |
| 2.2.3 双色法及亮温标定 |
| 2.3 数值模拟仿真平台 |
| 2.3.1 三维仿真模型的建立 |
| 2.3.2 网格划分和求解器设置 |
| 2.3.3 计算模型选择 |
| 2.3.4 化学反应机理介绍及模型验证 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 缸内直喷煤基合成柴油及其丁醇混合燃料对燃烧及排放影响的试验研究 |
| 3.1 煤基合成柴油与石化柴油燃烧过程及污染物排放对比分析 |
| 3.1.1 试验方案 |
| 3.1.2 燃烧过程对比分析 |
| 3.1.3 污染物排放对比分析 |
| 3.2 煤基合成柴油/丁醇活性控制燃烧热力学研究 |
| 3.2.1 燃烧过程对比分析 |
| 3.2.2 污染物排放对比分析 |
| 3.2.3 燃油喷射策略的影响 |
| 3.2.4 EGR的影响 |
| 3.3 煤基合成柴油/丁醇活性控制燃烧可视化研究 |
| 3.3.1 试验方案及试验燃料 |
| 3.3.2 丁醇比例对火焰发展及碳烟生成历程的影响 |
| 3.3.3 喷油定时对火焰发展及碳烟生成历程的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 煤基合成柴油/丁醇双燃料喷射活化分层对发动机燃烧及排放影响的试验研究 |
| 4.1 进气道喷射丁醇比例及EGR对活化分层燃烧的影响 |
| 4.1.1 试验方案 |
| 4.1.2 燃烧过程对比分析 |
| 4.1.3 污染物排放对比分析 |
| 4.2 煤基合成柴油/丁醇活化分层燃烧边界条件优化 |
| 4.3 煤基合成柴油/丁醇活化分层燃烧可视化研究 |
| 4.3.1 试验方案 |
| 4.3.2 进气道喷射丁醇比例对火焰发展及碳烟生成历程的影响 |
| 4.3.3 直喷时刻对火焰发展及碳烟生成历程的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 双燃料喷射模式直喷燃料特性及燃烧边界条件调控实现高效清洁燃烧试验研究 |
| 5.1 煤基合成柴油/汽油与石化柴油/汽油活化分层燃烧模式对比 |
| 5.1.1 试验方案 |
| 5.1.2 直喷燃料特性对燃烧过程的影响规律分析 |
| 5.1.3 直喷燃料特性对污染物排放的影响规律分析 |
| 5.2 喷油策略对煤基合成柴油/汽油活化分层发动机燃烧及排放的影响 |
| 5.2.1 低负荷下直喷时刻对燃烧及排放的影响 |
| 5.2.2 高负荷下直喷时刻对燃烧及排放的影响 |
| 5.2.3 喷射策略优化研究 |
| 5.3 EGR对煤基合成柴油/汽油活化分层发动机燃烧及排放的影响 |
| 5.3.1 试验方案 |
| 5.3.2 燃烧过程的影响 |
| 5.3.3 污染物排放的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 煤基合成柴油/汽油双燃料喷射活化分层燃烧机理研究 |
| 6.1 汽油比例对煤基合成柴油/汽油活化分层燃烧的影响 |
| 6.1.1 汽油比例对混合气形成及燃烧过程的影响 |
| 6.1.2 汽油比例对污染物生成历程的影响 |
| 6.2 直喷时刻对煤基合成柴油/汽油活化分层燃烧的影响 |
| 6.2.1 直喷时刻对混合气形成及燃烧过程的影响 |
| 6.2.2 直喷时刻对污染物生成历程的影响 |
| 6.3 本章小结 |
| 第7章 全文总结与工作展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 本文主要创新点 |
| 7.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及科研成果 |
| 致谢 |
（2）压燃式天然气发动机高效稳定运转工况范围拓展研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 HCCI发动机技术发展 |
| 1.2.1 HCCI技术概述 |
| 1.2.2 HCCI技术发展 |
| 1.2.3 数值模拟技术在HCCI燃烧研究中的应用 |
| 1.2.4 光学诊断技术在HCCI燃烧研究中的应用 |
| 1.3 天然气HCCI发动机研究进展 |
| 1.3.1 天然气燃料特性 |
| 1.3.2 天然气HCCI发动机的研究现状 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 研究平台建立 |
| 2.1 试验平台建立 |
| 2.1.1 研究对象 |
| 2.1.2 试验仪器设备 |
| 2.2 三维模拟平台建立 |
| 2.2.1 CFD软件选择 |
| 2.2.2 模型构建 |
| 2.2.3 物理模型选择 |
| 2.2.4 模拟结果验证 |
| 2.3 准维多区模型建立 |
| 2.3.1 数学模型 |
| 2.3.2 模拟结果验证 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 不同边界下天然气HCCI运行范围及其燃烧特性研究 |
| 3.1 研究方案 |
| 3.2 不同边界下天然气HCCI初始运行范围 |
| 3.3 进气温度对发动机燃烧特性的影响 |
| 3.4 过量空气系数对发动机燃烧特性的影响 |
| 3.5 不同边界下经济性分析 |
| 3.6 SOC对进气温度和过量空气系数的敏感度分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 高负荷工况范围拓展策略研究 |
| 4.1 EGR控制策略 |
| 4.1.1 研究方案 |
| 4.1.2 外部EGR策略 |
| 4.1.3 NVO策略 |
| 4.1.4 LEVC策略 |
| 4.1.5 三种EGR策略对比 |
| 4.2 喷水控制策略 |
| 4.2.1 研究方案 |
| 4.2.2 喷水对燃烧特性的影响 |
| 4.2.3 燃烧过程中水的稀释效应、热效应和化学效应 |
| 4.2.4 喷水对燃烧过程中重要反应组分的影响 |
| 4.3 两种策略对比 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 低负荷工况范围拓展策略研究 |
| 5.1 研究方案 |
| 5.2 加氢控制策略 |
| 5.2.1 氢气对燃烧特性的影响 |
| 5.2.2 氢气助燃机理分析 |
| 5.3 加臭氧控制策略 |
| 5.3.1 臭氧对燃烧特性的影响 |
| 5.3.2 臭氧助燃机理分析 |
| 5.4 加二甲醚控制策略 |
| 5.4.1 二甲醚对燃烧特性的影响 |
| 5.4.2 二甲醚助燃机理分析 |
| 5.5 加柴油控制策略 |
| 5.5.1 柴油对燃烧特性的影响 |
| 5.5.2 柴油天然气燃烧解耦分析 |
| 5.6 四种控制策略对比 |
| 5.7 本章小结 |
| 第6章 天然气HCCI燃烧稳定运行范围拓展 |
| 6.1 NVO策略下发动机工作范围 |
| 6.1.1 转速与NVO策略协同 |
| 6.1.2 进气温度与NVO策略协同 |
| 6.2 加氢策略下发动机工作范围 |
| 6.3 天然气HCCI发动机拓展运行范围 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 全文总结与展望 |
| 7.1 全文工作总结 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 附录 Ⅰ:GRI Mesh3.0甲烷反应机理 |
| 附录 Ⅱ:二甲醚详细反应机理 |
| 作者简介及在学期间所取得的科研成果 |
| 致谢 |
（4）Z6170型船用双电控双燃料发动机开发与试验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的来源与研究意义 |
| 1.2 国内外的研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.2.3 天然气/柴油双燃料发动机研究现状总结 |
| 1.3 本文研究意义 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 天然气/柴油双电控双燃料发动机设计 |
| 2.1 试验研究对象 |
| 2.2 燃油供给系统 |
| 2.1.1 电控泵 |
| 2.1.2 喷油器 |
| 2.3 天然气供给系统 |
| 2.3.1 天然气气轨 |
| 2.3.2 天然气喷射阀 |
| 2.4 油气双电控系统 |
| 2.4.1 运行工况转换 |
| 2.4.2 运行模式转换 |
| 2.4.3 电子控制单元ECU |
| 2.4.4 双燃料发动机监控仪 |
| 2.4.5 传感器 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 双燃料发动机台架性能试验研究 |
| 3.1 试验条件 |
| 3.1.1 水力测功器 |
| 3.1.2 天然气质量计 |
| 3.1.3 MEXA-1500D型气体成分分析仪 |
| 3.1.4 3010 MINIFID型碳氢分析仪 |
| 3.1.5 采样点及取样探头 |
| 3.2 试验方法 |
| 3.2.1 E3循环推进特性试验 |
| 3.2.2 D2循环负荷特性试验 |
| 3.3 双燃料发动机机替代率 |
| 3.4 油气双电控双燃料发动机的优势 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 双燃料发动机排放特性研究及比排放量计算 |
| 4.1 燃油喷射正时对排放的影响 |
| 4.1.1 喷油正时对柴油模式排放影响 |
| 4.1.2 喷油正时对双燃料模式排放影响 |
| 4.2 柴油模式与双燃料模式排放对比 |
| 4.2.1 NO_x排放对比 |
| 4.2.2 CO_2排放对比 |
| 4.2.3 CO排放对比 |
| 4.2.4 THC排放对比 |
| 4.3 天然气喷射正时对排放影响 |
| 4.4 燃油替代率对排放影响 |
| 4.5 比排放量的计算 |
| 4.5.1 大气因子有效性计算 |
| 4.5.2 柴油模式比排放量计算 |
| 4.5.3 双燃料模式比排放量计算 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 全文总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文和取得的成果 |
| 致谢 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（5）甲醇/柴油双燃料RCCI发动机综合性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 甲醇燃料特性分析 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 甲醇替代率对RCCI发动机性能的影响研究 |
| 1.3.2 喷油策略对RCCI发动机性能的影响研究 |
| 1.3.3 进气参数对RCCI发动机性能的影响研究 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 第二章 甲醇/柴油双燃料RCCI发动机试验台架 |
| 2.1 试验台架系统 |
| 2.2 甲醇燃油供给系统 |
| 2.3 进气系统设计 |
| 2.4 排放分析设备 |
| 2.5 试验数据处理 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 不同负荷工况下的最佳甲醇替代率研究 |
| 3.1 试验方案 |
| 3.2 甲醇替代率边界分析 |
| 3.3 拓宽高负荷下甲醇替代率试验 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 甲醇替代率对双燃料发动机性能的影响研究 |
| 4.1 外特性工况下甲醇替代率对发动机性能的影响 |
| 4.1.1 试验方案 |
| 4.1.2 甲醇替代率对经济性的影响 |
| 4.1.3 甲醇替代率对排放性的影响 |
| 4.2 负荷特性下甲醇替代率对发动机性能的影响 |
| 4.2.1 试验方案 |
| 4.2.2 甲醇替代率对经济性的影响 |
| 4.2.3 甲醇替代率对排放性的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 过量空气系数对双燃料发动机性能的影响研究 |
| 5.1 试验方案 |
| 5.2 过量空气系数对发动机经济性的影响 |
| 5.3 过量空气系数对排放的影响 |
| 5.3.1 过量空气系数对常规排放的影响 |
| 5.3.2 过量空气系数对非常规排放的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 攻读硕士期间所获得的科研成果及奖励 |
（6）微引燃柴油/天然气双燃料发动机化学反应动力学机理与燃烧特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 本文所用主要符号和缩写表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 双燃料发动机研究现状 |
| 1.2.1 双燃料发动机技术国外研究现状 |
| 1.2.2 双燃料发动机技术国内研究现状 |
| 1.3 内燃机新型燃烧模式 |
| 1.3.1 均质混合压缩着火燃烧(HCCI)模式 |
| 1.3.2 预混合压缩燃烧(PCCI)模式 |
| 1.3.3 反应活性控制压燃(RCCI)模式 |
| 1.4 化学反应动力学研究进展 |
| 1.4.1 碳氢燃料详细机理研究现状 |
| 1.4.2 柴油表征燃料简化机理研究现状 |
| 1.5 本文的主要研究内容 |
| 第2章 双燃料发动机简化机理建模 |
| 2.1 化学动力学基础理论 |
| 2.2 柴油和天然气表征组分详细机理模型选择 |
| 2.2.1 正十二烷详细反应机理选择依据 |
| 2.2.2 甲苯详细反应机理选择依据 |
| 2.2.3 甲基环己烷详细机理选择依据 |
| 2.2.4 甲烷详细机理选择依据 |
| 2.3 机理简化方法及计算模型选取 |
| 2.3.1 机理简化方法确定 |
| 2.3.2 机理计算模型选取 |
| 2.4 机理简化过程 |
| 2.4.1 机理简化工况确定 |
| 2.4.2 机理简化策略 |
| 2.4.3 柴油及天然气表征组分机理简化 |
| 2.5 分组分机理合并及柴油成分比例确定 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 双燃料燃烧机理验证及交叉反应分析研究 |
| 3.1 简化机理验证 |
| 3.1.1 甲烷简化机理验证 |
| 3.1.2 正十二烷简化机理验证 |
| 3.1.3 甲苯简化机理验证 |
| 3.1.4 甲基环己烷简化机理验证 |
| 3.2 带有交叉反应简化机理的建立 |
| 3.2.1 交叉反应类型 |
| 3.2.2 交叉反应组分确定和基元反应编写 |
| 3.3 交叉反应对燃料氧化过程影响研究 |
| 3.3.1 交叉反应对着火延迟期影响分析 |
| 3.3.2 交叉反应作用下柴油组分反应通量对比分析 |
| 3.3.3 交叉反应关键组分反应过程浓度分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 双燃料发动机三维建模及验证 |
| 4.1 发动机三维模型建立及网格划分 |
| 4.1.1 发动机三维模型建立 |
| 4.1.2 网格模型划分及无关性验证 |
| 4.2 仿真计算模型选择及参数设置 |
| 4.2.1 湍流模型 |
| 4.2.2 燃油喷射模型 |
| 4.2.3 燃烧模型 |
| 4.2.4 初始及边界条件设置 |
| 4.2.5 数值模拟计算方法 |
| 4.3 不同机理模型下仿真模型对比验证 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 微引燃双燃料发动机燃油喷射参数仿真研究 |
| 5.1 柴油一次喷射正时对双燃料发动机燃烧特性的影响 |
| 5.1.1 一次喷射正时仿真研究方案 |
| 5.1.2 一次喷射正时对燃烧特性影响 |
| 5.1.3 一次喷射正时对燃料浓度变化过程影响 |
| 5.1.4 一次喷射正时对缸内OH自由基变化过程影响 |
| 5.1.5 一次喷射正时对排放物生成的影响 |
| 5.2 柴油一次喷射比例对双燃料发动机燃烧特性的影响 |
| 5.2.1 一次喷射比例仿真研究方案 |
| 5.2.2 一次喷射比例对燃烧特性影响 |
| 5.2.3 一次喷射比例对燃料浓度变化过程影响 |
| 5.2.4 一次喷射比例对缸内OH自由基变化过程影响 |
| 5.2.5 一次喷射比例对排放物生成的影响 |
| 5.3 柴油二次喷射正时对双燃料发动机燃烧特性的影响 |
| 5.3.1 二次喷射正时仿真研究方案 |
| 5.3.2 二次喷射正时对燃烧特性的影响 |
| 5.3.3 二次喷射正时对燃料浓度变化过程影响 |
| 5.3.4 二次喷射正时对缸内OH自由基变化过程影响 |
| 5.3.5 二次喷射正时对排放物生成的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
（8）船用低速二冲程LNG/柴油双燃料发动机燃烧过程数值研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 英文缩写 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 船舶燃料消耗形势 |
| 1.1.2 船舶废气排放状态 |
| 1.1.3 船舶排放控制法规 |
| 1.2 船舶代用燃料现状 |
| 1.2.1 发动机的代用燃料 |
| 1.2.2 船用天然气-柴油发动机 |
| 1.3 天然气-柴油双燃料发动机的研究现状 |
| 1.3.1 双燃料发动机的试验研究 |
| 1.3.2 双燃料发动机的数值研究 |
| 1.4 当前研究主要面临的问题 |
| 1.5 本文主要工作 |
| 2 发动机数值计算和量化方法研究 |
| 2.1 流体运动控制方程 |
| 2.1.1 基本控制方程组 |
| 2.1.2 湍流模型 |
| 2.2 数值计算模型 |
| 2.2.1 模型选取 |
| 2.2.2 喷射模型 |
| 2.2.3 燃烧模型 |
| 2.2.4 排放模型 |
| 2.3 数值计算方法 |
| 2.3.1 FVM法 |
| 2.3.2 SIMPLE法 |
| 2.4 图像量化研究方法 |
| 2.4.1 逻辑映射关系 |
| 2.4.2 燃烧特征值定义 |
| 2.4.3 图像增强算法 |
| 2.4.4 梯度运算的图像分割算法 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 船用低速双燃料发动机数值建模及试验 |
| 3.1 数值建模 |
| 3.1.1 发动机基本参数 |
| 3.1.2 计算模型及网格 |
| 3.1.3 初始边界条件 |
| 3.1.4 后处理说明 |
| 3.2 发动机排放试验 |
| 3.2.1 试验台布置 |
| 3.2.2 试验测量仪器 |
| 3.2.3 试验过程 |
| 3.2.4 试验结果 |
| 3.3 湍流模型准确性研究 |
| 3.4 模型验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 燃料模式对船用低速双燃料发动机燃烧过程的影响机理 |
| 4.1 FD燃烧过程研究 |
| 4.1.1 燃烧过程研究 |
| 4.1.2 火焰传播路径 |
| 4.1.3 NO缸内分布研究 |
| 4.2 DIDF燃烧过程研究 |
| 4.2.1 燃烧过程研究 |
| 4.2.2 火焰传播路径 |
| 4.2.3 燃烧特征值研究 |
| 4.2.4 NO和CH_4缸内分布研究 |
| 4.2.5 CH_4燃烧中断研究 |
| 4.3 FD和DIDF燃烧策略的比较 |
| 4.3.1 燃烧持续期变化 |
| 4.3.2 高温区域分布 |
| 4.3.3 火焰传播速度 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 主/引定时对DIDF燃烧过程的影响 |
| 5.1 主定时对DIDF燃烧的影响 |
| 5.1.1 燃烧过程研究 |
| 5.1.2 燃烧特征值研究 |
| 5.1.3 排放产物研究 |
| 5.1.4 CH_4燃烧中断研究 |
| 5.1.5 发动机性能研究 |
| 5.2 引定时对DIDF燃烧的影响 |
| 5.2.1 燃烧过程研究 |
| 5.2.2 燃烧特征值研究 |
| 5.2.3 CH_4燃烧中断研究 |
| 5.2.4 排放产物研究 |
| 5.2.5 发动机性能研究 |
| 5.3 主/引定时影响的量化研究 |
| 5.3.1 燃烧阶段变动对比 |
| 5.3.2 定时效应量化研究 |
| 5.3.3 基于主/引定时的优化策略 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 缸内初始气体状态对D-IDF燃烧过程的影响 |
| 6.1 扫气压力对DIDF燃烧的影响 |
| 6.1.1 燃烧过程研究 |
| 6.1.2 燃烧特征值研究 |
| 6.1.3 CH_4燃烧中断研究 |
| 6.1.4 排放产物研究 |
| 6.2 进气温度对DIDF燃烧的影响 |
| 6.2.1 燃烧过程研究 |
| 6.2.2 燃烧特征值研究 |
| 6.2.3 CH_4燃烧中断研究 |
| 6.2.4 排放影响研究 |
| 6.3 EGR对DIDF燃烧的影响 |
| 6.3.1 缸内O_2分布 |
| 6.3.2 燃烧过程研究 |
| 6.3.3 燃烧特征值研究 |
| 6.3.4 CH_4燃烧中断研究 |
| 6.3.5 排放产物研究 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读博士学位期间的科研成果 |
（9）基于RCCI的船用天然气/柴油双燃料发动机性能仿真研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 发动机先进燃烧模式研究现状 |
| 1.3 船用天然气/柴油双燃料发动机应用及研究进展 |
| 1.3.1 船用天然气/柴油双燃料发动机应用 |
| 1.3.2 船用天然气/柴油双燃料发动机研究进展 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 2 双燃料发动机燃烧仿真理论基础及模型建立 |
| 2.1 CONVERGE软件简介 |
| 2.2 基本控制方程 |
| 2.2.1 质量守恒方程 |
| 2.2.2 动量守恒方程 |
| 2.2.3 能量守恒方程 |
| 2.2.4 气体状态方程 |
| 2.3 计算模型 |
| 2.3.1 湍流模型 |
| 2.3.2 喷雾模型 |
| 2.3.3 燃烧模型 |
| 2.3.4 排放模型 |
| 2.4 仿真模型的搭建 |
| 2.4.1 发动机台架介绍 |
| 2.4.2 仿真模型 |
| 2.5 模型验证 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 进气特性天然气/柴油双燃料发动机性能的影响 |
| 3.1 增压压力对天然气/柴油双燃料发动机性能的影响 |
| 3.1.1 增压压力对燃烧特性的影响 |
| 3.1.2 增压压力对排放特性的影响 |
| 3.2 进气温度对天然气/柴油双燃料发动机性能的影响 |
| 3.2.1 进气温度对燃烧特性的影响 |
| 3.2.2 进气温度对排放特性的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 燃烧室形状对天然气/柴油双燃料发动机性能的影响 |
| 4.1 燃烧室形状对燃烧过程的影响 |
| 4.2 燃烧室形状对排放产物的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 喷射策略对天然气/柴油双燃料发动机性能的影响 |
| 5.1 引燃柴油喷射定时对天然气/柴油双燃料发动机性能的影响 |
| 5.1.1 引燃柴油喷射定时对燃烧过程的影响 |
| 5.1.2 引燃柴油喷射定时对排放特性的影响 |
| 5.2 预喷定时对柴油/天然气双燃料发动机性能的影响 |
| 5.2.1 预喷定时对燃烧特性的影响 |
| 5.2.2 预喷定时对排放特性的影响 |
| 5.3 预喷油量对柴油/天然气双燃料发动机性能的影响 |
| 5.3.1 预喷油量对燃烧特性的影响 |
| 5.3.2 预喷油量对排放特性的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果 |
（10）基于CFD耦合化学动力学的柴油引燃天然气发动机燃烧与排放机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 天然气发动机技术路线 |
| 1.2.1 火花点火式天然气发动机 |
| 1.2.2 柴油引燃天然气发动机 |
| 1.3 柴油引燃气道喷射燃烧模式的研究进展 |
| 1.3.1 台架试验研究现状 |
| 1.3.2 化学反应机理的研究现状 |
| 1.3.3 CFD数值模拟研究现状 |
| 1.4 课题来源及意义 |
| 1.5 研究内容 |
| 第2章 CFD模型建立和有效性验证 |
| 2.1 CONVERGE的特色 |
| 2.2 流动控制方程 |
| 2.2.1 连续性方程 |
| 2.2.2 动量方程 |
| 2.2.3 能量方程 |
| 2.2.4 气体状态方程 |
| 2.2.5 组分输运方程 |
| 2.3 CFD模拟的物理模型 |
| 2.3.1 湍流模型 |
| 2.3.2 喷雾模型 |
| 2.3.3 燃烧模型 |
| 2.3.4 传热模型 |
| 2.3.5 排放模型 |
| 2.4 试验及模型有效性验证 |
| 2.4.1 双燃料台架试验 |
| 2.4.2 计算模型建立 |
| 2.4.3 三维模型有效性验证 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 发动机模拟工况下CH_4/NC_7H_(16)滞燃期特征 |
| 3.1 模型参数说明和有效性验证 |
| 3.1.1 模型建立 |
| 3.1.2 模型有效性说明 |
| 3.2 各参数对CH_4/NC_7H_(16)着火过程的影响 |
| 3.2.1 单一参数对滞燃期的影响 |
| 3.2.2 多参数对滞燃期的影响 |
| 3.3 敏感性分析与生成速率分析 |
| 3.3.1 不同初始温度下敏感性分析 |
| 3.3.2 关键中间产物的生成速率分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 喷油参数对柴油引燃天然气燃烧与排放的影响 |
| 4.1 喷油夹角对双燃料发动机的影响 |
| 4.1.1 喷油夹角对燃烧过程的影响 |
| 4.1.2 喷油夹角对排放的影响机理 |
| 4.2 替代率对双燃料发动机的影响 |
| 4.2.1 替代率对燃烧过程的影响 |
| 4.2.2 替代率对排放的机理影响 |
| 4.3 喷油正时对双燃料发动机的影响 |
| 4.3.1 一维模型的建立 |
| 4.3.2 喷油正时对燃烧过程的影响 |
| 4.3.3 喷油正时对热力学过程的影响 |
| 4.3.4 喷油正时对排放的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 关键参数对双燃料发动机燃烧与排放的影响 |
| 5.1 过量空气系数对双燃料发动机的影响 |
| 5.1.1 过量空气系数对燃烧过程的影响 |
| 5.1.2 过量空气系数对排放机理的影响 |
| 5.2 不同涡流比对双燃料发动机的影响 |
| 5.2.1 涡流比对燃烧过程的影响 |
| 5.2.2 涡流比对排放的影响机理 |
| 5.3 不同活塞形状对双燃料发动机的影响 |
| 5.3.1 活塞形状对燃烧过程的影响 |
| 5.3.2 活塞形状对排放的影响机理 |
| 5.4 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 附录 A 攻读博士学位期间的科研成果 |
| 附录 B 攻读博士学位期间参与的课题 |
| 致谢 |
四、影响双燃料发动机总碳氢排放因素的实验研究（论文参考文献）
- [1]基于煤基合成柴油与活化热氛围调控的内燃机高效清洁燃烧技术研究[D]. 张浩. 吉林大学, 2021
- [2]压燃式天然气发动机高效稳定运转工况范围拓展研究[D]. 杜桂枝. 吉林大学, 2021(01)
- [3]过量空气系数对柴油/甲醇RCCI发动机非常规排放特性的影响[J]. 黄粉莲,田茂盛,万明定,申立忠,雷基林. 农业工程学报, 2021(08)
- [4]Z6170型船用双电控双燃料发动机开发与试验研究[D]. 杨尚刚. 山东大学, 2021(11)
- [5]甲醇/柴油双燃料RCCI发动机综合性能研究[D]. 田茂盛. 昆明理工大学, 2021
- [6]微引燃柴油/天然气双燃料发动机化学反应动力学机理与燃烧特性研究[D]. 刘振廷. 哈尔滨工程大学, 2021
- [7]船用HND三燃料发动机研究进展及发展趋势探讨[J]. 赵睿,许乐平,苏祥文,王忠诚. 舰船科学技术, 2021(03)
- [8]船用低速二冲程LNG/柴油双燃料发动机燃烧过程数值研究[D]. 于洪亮. 大连海事大学, 2020(01)
- [9]基于RCCI的船用天然气/柴油双燃料发动机性能仿真研究[D]. 陈家丰. 大连海事大学, 2020(01)
- [10]基于CFD耦合化学动力学的柴油引燃天然气发动机燃烧与排放机理研究[D]. 舒俊. 湖南大学, 2020(02)