论文总字数：21180字

摘 要

本文对社会的发展与汽车发展的现状进行了分析，由此引出了内燃机的研究现状，说明了先进内燃机技术的情况，引出了双燃料内燃机与燃料的情况。针对正丁醚和正丁醇的特性和应用进行了说明。采用KIVA4-CHEMKIN的数值模拟方法编写相应的模拟实验模型，并验证通过。在1500rpm和2280rpm两种转速下进行研究对比，实验设置了六种燃料热值比例，以正丁醚比例为准，分别为50%，60%，70%，80%，90%，100%。并对缸压、温度、热释放率、IMEP、CO排放、氮氧化物排放、soot排放等进行分析，得到更高正丁醚比例对做功情况，CO排放以及氮氧化物排放在低转速情况下更有利的结论，碳烟的排放则是正丁醚比例越高，排放越多。而高转速下所有的排放均有所上升，做功也有少量上升。正丁醚和正丁醇双燃料内燃机相比传统柴油机更加环保，但成本更大。

关键词：正丁醚 正丁醇 双燃料内燃机 KIVA4-CHEMKIN 数值模拟

Effect of n-butyl ether / n-butanol on emission characteristics of dual fuel internal combustion engine

Abstract

This study analyzes the current situation of social development and automobile development, which leads to the research status of internal combustion engine, explains the situation of advanced internal combustion engine technology, and leads to the situation of dual fuel internal combustion engine and fuel. The properties and applications of n-butyl ether and n-butanol were described. The numerical simulation method of KIVA4-CHEMKIN is used to write the corresponding simulation experiment model, and the verification is passed. At 1500 rpm and 2280 rpm, six fuel calorific value ratios, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% and 100% respectively, were set up. By analyzing the cylinder pressure, temperature, heat release rate, IMEP, CO emission, NOx emission and soot emission, it is concluded that higher proportion of n-butyl ether is more beneficial to work, CO emission and NOx emission at low speed. The higher proportion of n-butyl ether is, the more emissions. At high speed, all the emissions have increased, and the work has also increased a little. Compared with traditional diesel engine, n-butyl ether and n-butanol dual fuel internal combustion engine is more environmentally friendly, but its cost is larger.

Key Words: DnBE; N-butanol; Dual fuel internal combustion engine; KIVA4-CHEMKIN; numerical simulatio

目录

第一章 绪论 1

1.1.背景 1

1.2.研究现状 2

1.2.1内燃机研究现状 2

1.2.2.双燃料内燃机 2

1.3.燃料特性 3

1.3.1.正丁醚特性 3

1.3.2.正丁醇特性 3

1.4.研究内容 4

第二章 KIVA4-CHEMKIN数值模拟 5

2.1.模型介绍 5

2.1.1.方法简介 5

2.1.2.KIVA4-CHEMKIN 工作原理 5

2.1.3.化学反应机理 6

2.2.模型可行性验证 8

2.2.1.实验台架 8

2.2.2合理性验证 8

2.3.模拟实验设计 9

2.4.本章小结 11

第三章 结果与讨论 12

3.1.燃烧过程数据及其分析 12

3.1.1.缸压变化 12

3.1.2.缸内温度变化 13

3.1.3.热释放率变化 14

3.2.做功情况分析 16

3.3.排放情况分析 17

3.3.1.CO排放分析 17

3.3.2.氮氧化物排放分析 18

3.3.3.soot排放分析 20

3.4.经济性分析 21

3.5.燃料环保分析 22

3.6.本章小结 22

参考文献 23

致谢 26

第一章 绪论

1.1.背景

随着社会的飞速发展，人民生活已经发生了极大的改变，衣食住行等各方面均有了极大地进步，而其中交通运输的技术发展更是变化良多。交通运输的其中一种方式就是汽车运输。汽车的发展经历了一百三十多年的时间，从三轮到四轮，从汽油到多种能源并行，从纯机械到智能操纵，汽车的历史贯穿了近现代的科技发展史^[1]。而现如今汽车已走进千家万户，普及度极高。据统计仅中国截止2016年全国机动车保有量就已经达到2.95亿辆^[2]，汽车的普及已经极大地改善了人民的生活。

汽车也经历了很长一段时间的发展。汽车最初是由蒸汽提供动力的，在当时是相当先进的技术，能够极大地减轻交通压力，但由于蒸汽机的原理问题，不仅会让汽车变得体型巨大，动力有限，也会造成极大的污染与资源消耗。但之后一段时间后卡尔·本茨等人发明了内燃机，其能够直接利用燃料的燃烧所产生的热能并将其转换为机械能，能量利用效率大大提升，不仅极大的减小了汽车的体型，更极大的提升了汽车的动力。此后内燃机的巨大潜力就进入了公众的视野，并有相当一批人对此进行了研究。之后随着人们的研究，内燃机已经历了多个阶段的发展，到现在内燃机技术已经基本成熟。而尽管如今的科技发展已经能够支撑起新能源动力汽车的应用，但短时间内，新能源车并不能够取代传统内燃机车的地位。因为内燃机经过一百多年的发展，在能量密度、热效率、燃料灵活度、市场占有率以及加工技术等方面均具有绝对优势^[3]。

当前，内燃机已广泛应用于各类热力机械设备中，并能够提供相当强大的动力，相关产业包括但不限于农业，军事，运输，工业等领域中^[4]。经过多年的发展，现代内燃机的热效率已经超过40%，车用汽油机的热效率也已超过33%^[5]。即便如此，内燃机仍旧有巨大的潜力可供挖掘，内容包括但不限于热效率、碳排放、污染物排放以及电子化控制等内容^[6]。

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