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不同内燃机替代燃料减排能力数值模拟

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目前,内燃机仍然是交通运输、工程机械、农业机械、渔业船舶、国防装备的主导动力。近年来,碳排放要求不断提高、多元化动力技术发展突飞猛进,内燃机需要满足更高效、更清洁、更可靠的发展要求。研究表明,来自各种脱碳过程的替代燃料(例如二氧化碳捕集和利用过程中提炼的替代燃料)是常规燃料的合适替代品,可减少温室气体排放与空气污染。  

为满足日益严格的排放法规,内燃机开发过程中对碳中性燃料的兴趣日渐浓厚。替代燃料与内燃机先进技术的综合利用,例如预燃室或缸内高压直喷和压燃技术(xCCI),一定程度上提高了对化学反应途径、热力学效应、燃烧现象以及排放特性详细了解的难度。

以下主要演示CMCL数字工程工作流程针对以替代燃料(例如乙醇混合燃料、氢燃料和氨氢双燃料)运行的内燃机燃烧特性及排放数值模拟解决方案。  
     

 

用户需求

构建替代燃料内燃机的详细物理化学模型,用以评估替代燃料成分对内燃机排放的影响

解决方案

应用 kinetics & SRM Engine Suite 模拟内燃机使用替代燃料的运行过程

应用 MoDS-SRM Engine Suite 工程流程构建物理化学模型,用于内燃机仿真、模拟气态和颗粒物排放

应用 MoDS 多目标优化和多准则决策扩展分析

软件优势

kinetics & SRM Engine Suite 燃料化学机理库包含各种替代燃料,可用于模拟内燃机使用替代燃料的运行过程

MoDS-SRM Engine Suite 工作流程可预测燃烧特性并准确评估混合燃料(例如乙醇汽油)和双燃料内燃机(例如氢柴油和氨氢)的排放



 
     

乙醇汽油应用于 GDI SI 内燃发动机

乙醇汽油是近几年出现的一种传统燃油的替代燃料,能够降低排放,起到保护环境的作用。2019年1月1日起,我国全面供应符合第六阶段强制性国家标准VIA车用汽油(含E10乙醇汽油)。  


 

采用CMCL数字工程数字流程对乙醇汽油应用于GDI SI内燃机进行模拟,项目中,使用了1升3缸汽油直喷式火花点火发动,并且在三种不同乙醇含量燃料(E0,E10 和 E20)实验中收集了19个工况点的数据。  

应用 SRM Engine Suite 内置的燃料机理库构建详细物理化学模型。E0 数据在 MoDS-SRM Engine Suite 工作流程中用于校准内燃发动机模型。然后,使用 E10 与 E20 数据以验证模型, 得到以下结果:

缸压


     

未燃碳氢

     

颗粒物排放

可以看到,对于缸压、未燃碳氢、颗粒物排放,SRM Engine Suite预测结果与实验数据具有较高的匹配度  

 
     

氨氢燃烧应用于船舶发动机

为了降低航运业对环境的污染,满足日益严格的环保法规,航运公司正在尝试运用更加低碳的替代燃料,氨气和氢气可能是最有希望实现脱碳航运目标的燃料。与其它替代燃料相比,氢和氨受欢迎的原因之一可能是相对较低的价格。  

在此案例中,将船用发动机修改为预燃室配置。发动机以氢气和氨为燃料。

SRM Engine Suite 发动机套件的多区域模型可用于模拟前室和主室,以详细了解发动机设计参数以及不同发动机工况对燃烧行为和排放的影响。  


 

 
     

重型双燃料(H2 + 柴油)发动机

此案例应用 MoDS-SRM Engine Suite 工作流程对采用了各种喷射策略的重型双燃料发动机进行建模和模拟,以获得初始混合物成分和柴油喷射脉冲的最佳组合,从而在不牺牲发动机功率输出的情况下减轻NOx和其它排放。

整体响应

局部实验设计

来源:多相流在线
OpenFOAM碰撞多相流燃烧化学湍流通用航空航天船舶汽车
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首次发布时间:2023-06-23
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