氢气对汽油发动机燃烧和排放性能影响的试验和仿真研究.pdf

北京工业大学
硕士学位论文
氢气对汽油发动机燃烧和排放性能影响的试验和仿真研究
姓名:闫皓
申请学位级别:硕士
专业:热能工程
指导教师:纪常伟
20090401
摘要随着石油资源的逐渐短缺以及排放法规的日趋严格,汽车替代能源的呼声日益高涨,各国政府和科研单位对此投入大量的人力和物力,希望能够找到合适的替代能源,解决将来可能出现的能源危机和环境污染问题。在众多的替代能源中,氢以“无污染,可再生,存在广奶氐阋约白鑫3涤梅⒍剂系闹诙嘤旁叫脱颖而出,成为各方争相研究、探索的焦点。本文综述了目前氢能应用于汽车上的两种形式,以及各国科研机构和汽车公司对氢能汽车的研究进展。很多机构和公司对发动机纯氢和混氢燃烧都进行了有关研究,但是对氢发动机稀燃的研究并不多见。本文以氢燃料发动机的理论循环为基础,通过对现有汽油机进行进气和电控系统的改造,定量的研究了汽油混氢内燃机在低速低负荷下动力性、经济性、排放性相对原汽油机的变化。从混合气形成及混合均匀程度,点火能量,混合气着火界限,火焰传播速度,火焰:卒熄,燃烧压力和温度变化,污染物形成、稀燃极限等方面分析了氢气对缸内燃烧的影响。并通过仿真的手段对汽油混氢的燃烧过程中的燃烧持续期、点火时刻、燃烧速度进行了更为深入的预测性研究和探索。文中还特别对氢内燃机稀燃工况时的缸内燃烧进行了深入的探讨,得到了较为理想的结论。试验和仿真结果表明在现有汽油机上实施局部改造较易实现氢内燃机燃烧,但是由于氢气和汽油的物理化学性质差异较大,需要综合考虑混氢比例、喷氢时刻、喷氢持续期、点火时刻、欧拧⒉徽H忌盏纫蛩亍6陨鲜鲆蛩氐淖酆先婵刂剖峭乒闱饽谌蓟姆展趋势和需要解决的关键问题。本文研究结果表明:氢气混入汽油中可以明显拓展混合气的着火界限,加速火焰传播,改善缸内燃烧,提高缸压,有利于发动机做功。氢气的高扩散性在缸内易于形成大强度的湍流和均匀的混和气,加之较低的点火能量和快速的火焰传播速度,使得氢气在缸内燃烧速度明显快于汽油,导致燃烧持续期大幅缩短,传热损失大幅减少。同时氢气的快速燃烧和大量放热会导致燃烧室温度较之汽油大幅提高,产生更多的放。怠速时混氢可以改善、呐欧牛撬着负荷的增加,氢气的混入会使欧派摺H忌展讨星馄忌帐弊畲笱沽升高率较之汽油有大幅提升,致使燃烧噪声向高声调噪声发展,显著高于汽油燃烧时的噪声水平。仿真研究表明:氢气燃烧会显著缩短燃烧持续期,减少传热损失,提高燃烧热效率,同时点火时刻对混氢燃烧时的燃烧压力和燃烧温度影响显著,合适的点火时刻能够更好地发挥氢气的助燃作用,改善混合气燃烧品质,提高燃烧热效率和做功能力。关键词汽油发动机;混氢;燃烧;稀燃;排放;试验;仿真
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签名:上Ⅱ:竺芝:兰:兰/独创性声明关于论文使用授权的说明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部C艿穆畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。导师签名.
,主要包括石油、煤、天然气等。经过地球干百万年深度积累形成的这种化石燃料是一种非可再生的能源,其储量有限。石油资源是各种运输动力装置的主要燃料。伴随着生活水平的不断提高,汽车工业的快速发展,世界的石油消耗量逐年大幅提高,几乎每隔十年就会翻一番,这必将加剧世界能源的短缺与供应紧张。年中东石油主产国对一些发达国家采取石油禁运,使这些被禁运的国家出现了所谓的“能源危机币捕砸恍┦和煤炭资源匮乏,能源依赖进口的国家造成了很大的冲击,虽然后来各国相继发现和开发了一些新油田,石油市场价格有涨有落,但通过这次世界性的能源危机的冲击,使人们认识到石油资源的不足。为了减少石油短缺给国家安全和经济发展带来的压力,世界各国对探索石油的替代能源非常重视。内燃机自问世以来,经过了百余年的发展和改进,已经被广泛地应用于工业、农业、交通、军事等各个领域,对推动人类文明的发展起到了重大的作用。到目前为止,燃烧汽油和柴油的内燃机仍是热效率最高的热力发动机,它消耗了世界上%的石油资源,发出的功率占世界所有动力装置的%【¨,并且在今后很长一段时间内,内燃机将继续在人类的生产生活中扮演重要角色。然而内燃机燃料