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氫氣助燃柴油機(jī)的數(shù)值模擬研究

模擬了在不同工況下氫氣助燃柴油機(jī)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(jī)進(jìn)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(xué)動(dòng)力特性的不同，模擬過程要建立一套詳細(xì)的反應(yīng)機(jī)制。模擬過程需要相關(guān)的驗(yàn)證，圖1為發(fā)動(dòng)機(jī)模擬試驗(yàn)測試平臺。

低轉(zhuǎn)速部分負(fù)荷工況。氫氣的加入對柴油機(jī)有很大影響，在1600r/min、10%負(fù)荷時(shí)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?yàn)樵诘娃D(zhuǎn)速時(shí)，有更多的預(yù)混合燃料和氫氣被點(diǎn)燃，提高了放熱率和壓力升高率。另外，轉(zhuǎn)速低時(shí)每循環(huán)時(shí)間相對較長，使燃燒更加充分。但在低轉(zhuǎn)速小負(fù)荷時(shí)，由于上述原因會(huì)導(dǎo)致NOx排放增加，而這種不足可以采用EGR技術(shù)去克服。對于氫氣助燃柴油機(jī)，其CO和碳煙含量低的主要是由于氫氣不含有碳物質(zhì)。

高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷工況。隨著氫氣的加入，發(fā)動(dòng)機(jī)性能、燃燒和排放特征并無多大實(shí)質(zhì)性改變。

通過試驗(yàn)?zāi)M可以證明，在低轉(zhuǎn)速部分負(fù)荷時(shí)，可以用3%的氫氣引入量來優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能（圖3），在高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷時(shí)引入氫氣反而沒有多大的益處。

圖1　發(fā)動(dòng)機(jī)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(wǎng)址：http://www.elsevier. com/locate/he

作者：W.M. Yang

編譯：張自雷