重型车用预热器燃烧特性研究

【摘要】为了解决车辆低温启动初期燃油经济性差、环境污染严重的问题，车用预热器作为汽车空调采暖系统的独立热源逐渐被广泛使用。车用预热器燃烧过程涉及到燃料和空气的流动燃烧以及高温燃气与外部流体之间的流动换热，因此本文通过理论分析、实验测试、数值模拟相结合的方式，针对重型车用预热器燃烧特性进行研究。本文首先对车用预热器的燃烧过程进行理论分析，结合实验数据获得了车用预热器的实际空燃比数据，并将此数据作为三维仿真计算的边界条件，对车用预热器燃烧过程进行模拟计算，探究车用预热器燃烧特性。同时，通过对预热器特征结构的参数化处理，分析预热器结构特征对预热器性能的影响效果。最后，实验数据和仿真数据进行对比，以来验证仿真计算的准确性。车用预热器燃烧过程涉及到热化学、化学动力学以及传热传质学相关理论，探究实际燃烧过程需解决化学计量学、反应热和热值以及化学平衡等方面问题，为车用预热器仿真分析提供理论基础和边界条件。为了研究预热器燃烧室内燃烧特性，本文对车用预热器进行仿真分析，探索预热器燃烧特性的影响因素，进而寻找优化燃烧过程的手段。在仿真分析中将预热器进行区域划分，使其更加接近实际。通过对燃气流场和外部流场的流体流动进行分析，延长流体在流场中的停留时间，有助于燃料的充分燃烧和高温产物与换热器、换热器与外部流体之间的换热；通过对预热器燃烧室的气态组分和温度分析，发现燃料燃烧完全，一氧化碳有足够的时间反应为二氧化碳，使得排放为零，但是由于高温的作用使流场中产生少量的一氧化氮；通过对预热器的传热进行分析，发现虽然在预热器入口与空气导流板之间的流动比较紊乱，但是这种流动状态有助于对空气预热，进而有助于燃烧。通过对喷嘴直径、锥形罩直径、燃烧筒长度以及换热器肋片高度进行参数化处理，得到以下结论：当喷嘴直径为1.0mm时，能够产生较为明显的推举火焰，并且燃烧和排放效果较好；当锥形罩直径为70.0mm时，既满足燃气对于流动的要求，又促进燃料在燃烧室内的进行燃烧；当燃烧筒长度为300.0mm时，既能避免在换热结构流场区域出现涡流，又能满足二级燃烧室的温度比较均匀；当肋片高度为12.0mm时，既满足燃气在燃烧室内的流动要求，又能保证水出口的温度要求。本文对预热器进行性能实验，得到在预热器运行初期，燃料燃烧不充分，一氧化碳的排放较高，在低温环境下一氧化氮的排放有所降低，但是一氧化碳和未燃尽的柴油排放较高，通过对实验数据和主要仿真数据的对比，二者误差在5%以内，验证仿真计算结果较准确。
【作者】贾洪涛；
【导师】刘研；
【作者基本信息】吉林大学，热能工程，2014，硕士
【关键词】车用预热器；喷雾燃烧；数值模拟；燃烧实验；

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