2014年5月現(xiàn)代電子技術May 2014第37卷第10期Modern Electronics TechniqueVol 37 No 10生物柴油-乙醇-柴油混合燃料的燃燒過程模擬與分析蔣超宇,姚國仲,申立中,劉少華(昆明理工大學交通工程學院,云南昆明650224)摘要:為了研究生物柴油-乙醇-柴油混合燃料的燃燒特性,使用AVL-FBE軟件對純柴油和B3OE10(含30%體積分數(shù)的生物柴油,10%體積分數(shù)的乙醇和60%體積分數(shù)柴油的生物柴油-乙醇-柴油混合燃料)的缸內(nèi)燃燒和噴霧過程進行模擬分析,將燃燒室進行切片,比較了兩種燃料的速度場、壓力場和溫度場變仳及變化規(guī)律。研究結果表明:在燃燒初期,B3OEI0燃燒比柴油慢,隨著燃燒的進行,當燃油堆積于燃燒室凹槽后,B3θElθ在缸內(nèi)的燃燒速度、壓力和缸內(nèi)溫度均比柴油低關鍵詞:生物柴油-乙醇-柴油混合燃料;燃燒過程分析;噴霧過程模擬;燃燒室中圖分類號:TN91-34;TK421文獻標識碼:A文章編號:1004-373X(2014)10000503Simulation and analysis on combustion process of biodiesel-ethanol-diesel blended fuelJIANG Chaersity of Science and TechnologyAbstract: In order to study combustion characteristics of biodiesel-ethanol-diesel blended fuel, the in-cylinder combustionand spray processes of pure diesel and B30E10 fuel (containing 30% volume fraction of biodiesel, 10% volume fraction of ethnol and 60% volume fraction of diesel) were simulated and analyzed by using the AVL-FIRE software, By slicing the combustor, the velocity field, pressure field and temperature field, and their change law were compared. The simulation results showthat the burn speed of B30E10 is slower than diesel in early combustion stage, but with the development of combustion processand when the fuel is accumulated in the groove of the combustion chamber, the in-cylinder combustion speed, pressure and temperature of B30E10 fuel are lower than dieselKeyword: biodiesel-ethanol-diesel blended fuel; combustion process analysis; spray process simulation; combustor泛的應用。但是基于試驗條件、測試技術水平等方面的0引言考慮,試驗研究手段又存在著一定的局限性。隨著計算生物柴油作為可再生能源,是由動物脂肪或者植物機飛速發(fā)展及其計算流體力學、計算傳熱學等基礎理論油通過酯化反應制成的脂肪酸甲酯燃料,且理化特性接研究的深入,柴油機燃燒和噴霧的數(shù)值模擬逐漸形成了近柴油。生物柴油相對柴油有較高的十六烷值和閃點個獨立的發(fā)展分支。它以實驗和基本理論的研究成硫含量低。乙醇具有較低的粘度和沸點,有利于改善燃果為基礎,通過計算機把實驗硏究、理論分析和科學計油混合氣的霧化效果。生物柴油和乙醇的“自攜氧”特算有機地融為一體。它具有調(diào)整參數(shù)方便、運行速度點,對于提高發(fā)動機的熱效率和降低碳煙排放具有積極快、成本低的優(yōu)點,可以在眾多的影響因素中找岀關鍵作用。近年來國內(nèi)外硏究人員對柴油機燃用生物柴油的控制變量,優(yōu)化實驗與設計方案,降低產(chǎn)品的研制周和乙醇進行了大量研究。研究發(fā)現(xiàn),完全燃燒乙醇,技期及費用術難點是乙醇在缸內(nèi)著火非常困難。生物柴油的粘度鑒于模擬仿真的可靠性及方便性,在互溶范圍內(nèi),大,霧化性能差,噴油器易結、堵塞,蒸發(fā)性差造成冷啟將生物柴油、乙醇、柴油分別按照體積比為30%,10%動困難?？紤]生物柴油和乙醇的理化特性及其在發(fā)動60%配置成B3OE10混合燃料,采用AVL-FIRE軟件對機上的應用情況,將生物柴油、乙醇和柴油混合,能夠很B30E10在缸內(nèi)的燃燒和噴雰過程進行模擬計算,分析好地運用燃料各自的優(yōu)勢,在保證柴油機的動力性、燃其變化發(fā)展規(guī)律及其與柴油的差異。油經(jīng)濟性變化不大的同時,有效降低碳煙的排放。試驗研究作為探索柴油機燃燒過程的主要手段,得到了廣Ⅰ計算模型建立及驗證1.1試驗燃料禾中國煤化工試驗燃料的收稿日期:2014-0208HHCNMHG用發(fā)動機參數(shù)6現(xiàn)代電子技術2014年第37卷如表1和表2所示。發(fā)動機為直列四缸、四沖程、水冷7=450+80×(n-100/3000高壓共軌柴油機。T=530+70×(n-1000/300表1試驗燃料的主要理化性質(zhì)式中:h為行程;n為轉(zhuǎn)速;h為最大氣門沖程。生物柴油柴油B30E10計算得到,湍流動能TKE=22.2338m2/s2,湍流長相對密度0.88000.78930.83790.8451度尺寸TIS=0.004827m,缸蓋壁面溫度為T=544K缸套壁面溫度T=482K,活塞頂部溫度T=558K十六烷值31861.4計算模型選取運動粘度1.2湍流模型選擇目前廣泛使用的是K-Zeta-F雙方程燃料低熱值26.77842.84540.3湍流模型,計算方法采用 Simplec,燃燒模型選擇 Coher-含氧量1034.80ent flame model(相關火焰模型),NOx的生成模型采用表2發(fā)動機主要參數(shù)Extended Zeldovich,碳煙生成模型選擇 Kinetic model計算中的噴霧破碎模型采用了wAVE離散模型,此模發(fā)動機型號YN30CER標定功率/標定轉(zhuǎn)速79 kw/2 200 r/min型認為不穩(wěn)定波的振幅大于臨界值時,液滴即將發(fā)生分缸徑x行程x連桿長度95mmx105mmx170mm裂,而且調(diào)參數(shù)不多,結果可靠。蒸發(fā)模型采用了 Multi燃燒室形式型component模型,這是假設了油滴是在不可壓的氣體中蒸發(fā)的。碰壁模型選擇 Walljetl1.2網(wǎng)格劃分1.5模型的驗證主要研究發(fā)動機從進氣門關閉(584°CA)到排氣門表3和圖3表示發(fā)動機在2200r/min,200N·m下打開(860CA)時段的缸內(nèi)燃燒、噴霧情況。圖1為缸的缸內(nèi)壓力試驗值和仿真值的對比情況?？梢钥闯?仿內(nèi)上止點的計算網(wǎng)格,網(wǎng)格數(shù)為130300個。真結果和試驗結果基本一致,誤差最大不超過8%。試圖2為缸內(nèi)下止點計算網(wǎng)格,網(wǎng)格數(shù)為475300個。驗和仿真結果中壓力偏差的主要原因是部分邊界條件根據(jù)經(jīng)驗所得,與真實值有一定差異。但總體來說,試驗結果和仿真結果基本吻合,此模型可以用來仿真發(fā)動機缸內(nèi)的燃燒和噴霧過程。表3缸內(nèi)壓力的試驗與模擬對比圖1計算網(wǎng)格(上止點)曲軸轉(zhuǎn)角PCA320360370420試驗壓力/ar14.3780.6187.3815.4480.9986.4815.89224247270293316339362385408431454477500圖2計算網(wǎng)格(下止點)1.3計算初始條件圖3缸內(nèi)壓力試驗值與模擬值比較初始壓力P=0.188MPa,初始溫度T=340K,渦流比取S/T=16。式(1)~式(5)表示湍流動能,湍流長度,缸2計算結果分析蓋壁面溫度,缸套壁面溫度以及活塞頂部溫度的經(jīng)驗計2.1速度場分布算公式圖4為兩種燃料在不同曲軸轉(zhuǎn)角下的缸內(nèi)混合氣TKE(1)速度場分布?？梢钥闯?缸內(nèi)最大流速出現(xiàn)在上止點的油束噴射附近,恰怏燒后缸內(nèi)混合氣速度會TLS=h /2下降,伴隨著燃中國煤化工部。主要原因7=520+60X(n-1000/300(3)是缸內(nèi)的速度CNMHG噴射、缸內(nèi)燃第10期蔣超宇等生物柴油-乙醇柴油混合燃料的燃燒過程模擬與分析燒、活塞運動等因素共同影響的,當噴油開始階段主要聚集。是受燃油的高速噴射和活塞壓縮影響,導致在油束附近形成高速區(qū)。在不同曲軸轉(zhuǎn)角下,B3OE10的速度較純柴油小,主要是由于B30E10相對純柴油粘度較大,導致燃油噴射和燃燒時油束擴散較慢,缸內(nèi)的速度相對純柴油較小。(a)純榮油(7158℃A)(b)純柴油(720CA)a)純柴油(7158℃CA)(b)純柴油(720CA)(c)純柴油(739.8CA)(d)B3OE10(7158℃A)7(c)純柴油(298CA)(d)B3OE10(158℃A)(e)B3OE10720°A)(f)B3OE10(7398°CA圖5壓力場分布(e)B30E10720℃CA(B3OE10(729.8℃A)圖4速度場分布22壓力場分布(a)純柴油(7158°CA)(b)純柴油(720°CA圖5為兩種燃料的壓力場分布。從圖中可以看出,當燃油開始噴射時,壓力場最大區(qū)域主要集中油束中心區(qū)域,隨著活塞上行,缸內(nèi)開始燃燒后,缸內(nèi)平均壓力增加,在上止點后10°CA附近出現(xiàn)最大壓力值。由于B30E10粘度比柴油大,導致B30E10燃油在油束分裂過(c)純柴油(739.8CA)(d)B30E10(7158°CA)程中較慢,燃油和空氣混合相對于柴油較差,燃燒效率降低。而B30E10的熱值低于柴油,在燃燒過程中放熱量較少,形成局布區(qū)域壓力小于柴油。隨著燃燒的進行,缸內(nèi)混合氣出現(xiàn)不均勻分布,主要由于活塞下行,缸內(nèi)混合氣流向間隙形成局部高壓區(qū)2.3溫度場分布(e)B30E10(720°CA)(f)B30E100398°CA)圖6為兩種燃油在不同曲軸轉(zhuǎn)角下的溫度場分布圖6溫度場分布情況。從圖中可以看出:在燃油開始噴射,但是還未燃由于B30E10的熱值相對于純柴油較低,導致缸內(nèi)燒時,缸內(nèi)溫度比較均勻。在活塞到達上止點,缸內(nèi)體燃燒時放熱量較小,在燃油開始燃燒前,兩種燃油對應積壓縮壁面溫度升高,而油束周圍形成可燃混合氣,在的缸內(nèi)溫度相差不大,當燃油和空氣形成可燃氣體開始此條件下,這部分可燃氣體開始燃燒放熱。在活塞開始劇烈燃燒時,B九小于純柴油下行之后,缸內(nèi)的高溫氣體分為兩部分,一部分隨著活中國煤化工塞下行擴散到活塞縫隙,下面的髙溫氣體向燃燒室底部CNMHG下轉(zhuǎn)第11頁)第10期于彤等基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的客戶信用風險評價1黃雋,章艷紅商業(yè)銀行的風險:規(guī)模和非利息收入:以美國為例J金融研究,2010(6):79-94.2]席穎淺析我國商業(yè)銀行信用風險的防范法制與社會2011(12):110-1111001203]王珊珊,呂建淺析新巴塞爾協(xié)議及其對我國銀行的影響時代金融,2011(12):80-81圖4 Logistic回歸預測誤差4]金貝杯簡述新巴塞爾協(xié)議對舊巴塞爾協(xié)議國際銀行監(jiān)管思想的發(fā)展[金融天地,2011(2):134-1354結語5 BAESENS B, SETIONO R, MUES C, et al. Using neural network rule extraction and decision tables for credit -risk evalua-我國商業(yè)銀行應積極響應新巴塞爾協(xié)議的要求,提t(yī)ion [J]. Management Science, 2003, 49(3): 312-329高信用風險評估技術,提高信用評估的準確性,促進銀61張能福張佳改進的KMV模型在我國上市公司信用風險度行業(yè)風險管理、社會信用體系的建設。不僅應從技術層量中的應用小預測,2010(5:50-54面來改善,更應該從制度層面上進行整體完善,從而提7吳松,張冬鵬,胡煊.一種預定義規(guī)則的數(shù)據(jù)挖掘方法在商業(yè)供制度保障。銀行審計中的應用J信息系統(tǒng)工程銀行應借鑒并改進國際先進的信用評估技術,同時8李穎超商業(yè)銀行基于KMY模型對上市公司客戶信用風險度還需健全規(guī)范內(nèi)部控制制度、完善信用評估系統(tǒng)、建立量研究D重慶:西南政法大學,2012合理的激勵機制來加強銀行的信用風險管理。此外,企9羅曉光,劉飛虎基于 Logisti歸法的商業(yè)銀行財務風險預警模型研究肌金融發(fā)展研究,2011(11):57-61.業(yè)應增強自身的信用意識和社會責任感,并建立企業(yè)內(nèi)01張傳新,王光偉基于主成分分析和 Logit模型的商業(yè)銀行引部的信用風險管理制度。最后,政府應完善我國的信用用風險度量研究[西部經(jīng)濟管理論壇,2012,23(4):17-2體系的法制建設、信息管理建設,發(fā)揮信用中介的積極梁碩商業(yè)銀行信用風險模型研究D北京:首都經(jīng)濟貿(mào)易大作用。2011作者簡介:于彤(1990—),女,江蘇揚州人,碩士。主要從事金融管理研究工作。李海東(1988—),男,江蘇南通人,碩士。主要從事計算機算法設計工作。(上接第7頁)料的試驗研究[廣西大學學報,2006,31(3):185-1893結語2]徐國強,張紅梅,高獻坤柴油機燃用生物質(zhì)燃油:柴油混合燃對純柴油和B30E10兩種燃油在2200r/min料燃燒特性的研究河南農(nóng)業(yè)大學報,2004,38(2):211-214200N·m工況下的燃燒過程進行模擬計算分析如下3]馬勇,陸蓉蓉,陳懷望.柴油機燃燒室改進的模擬仿真研究卩(1)在缸內(nèi)的燃油噴射階段,油東中心區(qū)域壓力較內(nèi)燃機,2012(1):23-24大,油束邊緣區(qū)域速度較高;燃燒后期由于燃油堆積于4 HOON K N,sUYN,1 O-han N. Simulation of biodiesel凹槽處,使缸內(nèi)的凹槽成為缸內(nèi)溫度和壓力局部分布較bustion in a light-duty diesel engine using integrated con大區(qū)域。pact biodiesel-diesel reaction mechanism [J]. Applied Energy2013,102:1275-12872)在燃燒初期,B3OEl0燃燒比柴油慢,隨著燃燒5張夢云 DLHI1O5柴油機工作過程數(shù)值模擬與燃燒室改進研的進行,當燃油堆積于凹槽后,B30E10在缸內(nèi)的燃燒速究[D鎮(zhèn)江:江蘇大學,2010度、壓力和溫度均低于燃用柴油的對應值。6]姚照輝,吳寶元,梁俊龍沖壓發(fā)動機燃燒引起激波運動過程維分析[火箭推進,2013(2):52-58「η]任正達,聶萬勝,陳新華甲烷噴射溫度對燃燒穩(wěn)定性影響規(guī)I]黃錦成,劉海峰,張全長.柴油機燃用生物柴油和柴油混合燃律研究火箭3(4).36-40中國煤化工作者簡介:蔣超宇(1989—),男,碩士研究生。研究方向為內(nèi)燃機測試與控制。CNMHG