《超低排放內燃蘭金循環發動機燃燒技術研究》是依託同濟大學，由吳志軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超低排放內燃蘭金循環發動機燃燒技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳志軍
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
在未來較長一段時間內，化石燃料還將得到廣泛使用。在越來越嚴格的排放法規背景下，實現化石燃料在內燃機中的高效超低排放燃燒特別是減少溫室氣體二氧化碳排放是內燃機研究領域一個研究熱點和巨大挑戰。本項目提出了一種利用內燃蘭金循環ICRC實現發動機超低排放的新燃燒技術，通過開展ICRC發動機燃料-氧氣-再循環工質FOR燃燒實際循環最佳化研究，揭示燃燒實際循環的核心影響因素，獲得ICRC發動機燃燒最佳化方案；研製搭建ICRC發動機原理樣機，實現ICRC原理樣機的功能示範運行，揭示關鍵運行參數對ICRC發動機性能影響的規律。項目所開展的面向產品發動機實現ICRC原理樣機的研究工作是一次全新嘗試。項目研究結果對超低排放ICRC內燃機新燃燒技術有重要的理論價值，對ICRC發動機的未來產業化套用具有重要的實際意義，在節能和降低排放尤其是溫室氣體減排方面具有重要的社會和經濟效益。
結題摘要
內燃蘭金循環採用氧氣代替空氣作為助燃劑參與燃燒，其尾氣僅為二氧化碳和水蒸氣的混合氣，可通過冷凝的方式以較低的成本將二者分離，隨後對二氧化碳進行回收，可實現採用化石燃料的超低排放循環。此外，為控制缸內溫度以及補充做功工質，在上止點附近向缸內噴入循環水。循環水在噴入缸內之前經熱交換器由尾氣以及發動機冷卻液加熱，將一部分廢熱能量帶回到缸內，實現了廢熱的回收，增加循環的熱效率。 本項目基於KIVA-3V軟體搭建了ICRC發動機多維燃燒模型，並基於此模型對ICRC循環進行了最佳化研究，獲得了ICRC發動機燃燒最佳化方案。在此基礎上對一台單缸風冷四衝程機車發動機進行改造，研製搭建了ICRC發動機原理樣機，實現ICRC原理樣機的功能示範運行。 本項目分別利用GDI噴嘴以及柴油噴嘴作為噴水器，在ICRC原理樣機上進行了試驗研究。結果表明，通過在上止點附近向缸內噴入高溫水可以控制燃燒相位及缸內溫度，同時，水的汽化膨脹將使得缸內壓力升高進而拓寬施工圖上的有效面積，增加指示功輸出，進而提高發動機的熱效率。GDI噴嘴由於霧化特性較差，降低了循環水的汽化速度，限制了其做功潛力；而柴油噴嘴霧化特性較好，快速的汽化過程在降低了水對於火焰傳播過程的負面影響，同時在上止點附近形成更多的水蒸氣，將循環熱效率進一步提高。 基於ICRC原理樣機台架分別進行了發動機負荷、發動機點火時刻、噴水時刻、噴水溫度、噴水量等因素對ICRC循環的影響。試驗結果表明，噴水溫度以及噴水時刻的缸內溫度是控制ICRC循環的核心控制因素。較高的噴水溫度代表更高的廢熱回收效率，同時加快液滴的汽化速率，從而降低噴水過程對火焰傳播所造成的負面影響；而較高的缸內溫度可以在加速液滴汽化速率的同時，增加蒸氣的平均加熱溫度，從而增加水蒸氣的做功能力。 基於前述試驗結果，對前人關於ICRC循環熱力學計算模型進行了改進。計算結果表明，ICRC循環熱效率提升的主要原因在於噴水過程增加了缸內的做功工質，從而提高了缸內工質將燃料燃燒所放出的熱量轉換為有用功的效率。而由於水的不可壓縮性，其作為工質以一定壓力在上止點附近被噴入缸內所需的泵功小於傳統循環的壓縮負功。當噴水溫度為160℃時，ICRC循環的理論熱效率可以達到65%以上。 綜上，項目研究結果對超低排放ICRC內燃機新燃燒技術具有重要的理論價值，對ICRC發動機的未來產業化套用具有重要的實際意義。
