氫氣助燃柴油機的數值模擬研究

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氫氣助燃柴油機的數值模擬研究

模擬了在不同工況下氫氣助燃柴油機燃燒及排放特征，用三維模擬軟件KIVA4耦合CHEMKIN對氫氣助燃柴油機進行一系列模擬。用Kelvin-Helmholtzt和Rayleigh-Taylor混合破碎模型精確模擬噴霧過程，考慮到柴油和氫氣化學動力特性的不同，模擬過程要建立一套詳細的反應機制。模擬過程需要相關的驗證，圖1為發動機模擬試驗測試平臺。

低轉速部分負荷工況。氫氣的加入對柴油機有很大影響，在1600r/min、10%負荷時指示熱效率隨著氫氣的加入增加非常明顯，缸壓和熱效率增加也很明顯（圖2）。這是因為在低轉速時，有更多的預混合燃料和氫氣被點燃，提高了放熱率和壓力升高率。另外，轉速低時每循環時間相對較長，使燃燒更加充分。但在低轉速小負荷時，由于上述原因會導致NOx排放增加，而這種不足可以采用EGR技術去克服。對于氫氣助燃柴油機，其CO和碳煙含量低的主要是由于氫氣不含有碳物質。

高轉速大負荷工況。隨著氫氣的加入，發動機性能、燃燒和排放特征并無多大實質性改變。

通過試驗模擬可以證明，在低轉速部分負荷時，可以用3%的氫氣引入量來優化發動機性能（圖3），在高轉速大負荷時引入氫氣反而沒有多大的益處。

圖1　發動機測試平臺

圖2　不同氫氣比例指示熱效率

圖3　不同氫氣引入量對熱效率的影響

網址：http://www.elsevier. com/locate/he

作者：W.M. Yang

編譯：張自雷