低碳混合醇汽油对增压汽油机(火用)功转化过程影响规律的研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhou75610141
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发展高效清洁的生物燃料作为汽车的绿色替代燃料已成为提高能源安全、减排温室气体和应对气候变化的重要措施。甲醇、乙醇等低碳醇燃料作为优质的可再生能源,具有较高的辛烷值,且有益于清洁燃烧。本文选择甲醇-乙醇-汽油三元混合燃料作为研究对象,基于热力学第一定律和第二定律研究了低碳混合醇汽油对增压汽油机能量转换和(火用)转化过程的影响规律。本文基于准维双区燃烧模型建立了自然吸气式汽油机GT-Power性能仿真模型,在此基础上进行了涡轮增压器与汽油机的匹配分析,建立了增压汽油机仿真模型。首先对不同掺醇比例甲醇-乙醇-汽油混合燃料的理化特性进行分析,然后根据模拟结果分析了低碳混合醇的掺混比例对增压汽油机燃烧特性、动力性和经济性的影响。结果表明:在本文工况下,随着混合燃料中掺醇(甲醇和乙醇)比例增加,缸内压力升高,燃烧温度降低,发动机扭矩有所提升,但有效燃油消耗率升高。然后基于热力学第一定律和第二定律建立了增压汽油机的(火用)分析模型并编写了相应的(火用)分析程序,研究了混合燃料中掺醇比例对能量转换、(火用)平衡分布的影响,同时还研究了增压压力、点火时刻、平均有效压力和燃空当量比的影响。研究结果表明:汽油添加混合醇后热效率和(火用)效率都有所提升,不可逆损失也随着混合醇掺醇比例(0%-20%)的增加而增加;发动机热效率和(火用)效率随着点火时刻的延迟先升高后降低,且最佳点火时刻随着掺醇比例增加而逐渐延后,而临界爆震点火提前角随着掺醇比例的增加而增大;提高增压压力和负荷以及降低当量比都能提高发动机热效率和(火用)效率。根据发动机各子系统的(火用)分析模型对增压汽油机的各部分不可逆损失进行了量化分析,随后又对涡轮增压系统的能量流进行了分析。结果表明:在本文工况下,燃烧引起的不可逆损失在总不可逆损失中占比高达77.01%,是不可逆损失的主要来源,而其他部件的不可逆损失占比都小于10%;随着增压压力提高,涡轮回收的排气能量在9%-16%的范围内,回收的排气(火用)在20%-35%的范围内,且随着增压压力升高,涡轮对排气能量和排气(火用)的回收率均随之增加;在本文工况下,涡轮增压系统对排气的综合利用率在0.38%-2.12%的范围内。
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