CFD耦合化学动力学模拟EGR对柴油机燃烧的影响

摘要：研究了柴油机低速部分负荷工况引入不同EGR对缸内燃烧排放特性的影响. 将CHEMKINⅡ化学反应求解器集成到KIVA 3V Release 2程序中， 用正庚烷化学反应机理替代柴油燃烧， 建立柴油机缸内燃烧数值模拟模型； 结合试验数据， 模拟分析喷油时刻保持不变， EGR率（废气再循环）从0%增加到 60%的燃烧过程、NOx和碳烟排放. 结果表明： 引入大比例EGR后点火延迟明显增长， 燃烧相位推迟， 燃烧温度降低； 较低燃烧温度避开了NOx的高浓度生成区， EGR率60%时NOx排放比无EGR时降低93.5%； 但高EGR率未使燃烧路径避开碳烟生成区， 加之较低的氧浓度不利于碳烟的氧化， 碳烟排放增高.

关键词：柴油机；废气再循环；燃烧模拟；化学动力学

中图分类号：TK421.2文献标识码：A

各工况模拟计算的缸内压力曲线和放热率曲线如图9所示.由图可知，随着EGR率的增加，滞燃期增长，使得燃烧相位移向膨胀行程.引入的EGR改变了进气的组分，使得缸内压缩压力略有降低且随着EGR率的增大降低幅度增大.在着火延迟增加和压缩压力下降的共同影响下，大EGR率的缸内燃烧压力相对较低.

4结论

1）编写的接口程序成功地将CFD程序KIVA和气相化学反应求解器CHEMKIN耦合起来，实现了缸内流场求解与化学反应的联合模拟，形成了基于化学动力学机理的柴油机模拟燃烧模拟平台.

4）在喷油参数不变的条件下，大比例EGR虽然控制缸内温度，但是燃烧过程中局部过浓的现象仍然存在，燃烧路径无法完全避开高浓度碳烟生成区.因此，要实现低碳烟排放，必须优化喷油策略，增加油气混合的均匀度.

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