天然气汽车发动机内催化燃烧研究

【摘要】： 机内催化燃烧技术是降低汽车排气污染、提高燃料燃烧效率的有效措施,得到越来越多研究者的重视。催化剂的种类、催化剂的加载方法都会对催化效果产生影响。要使催化燃烧技术得到推广,不仅仅需要找到经济、有效的催化剂,还要有合适的加载方法。国内外学者针对催化剂种类的研究及其载体已经做了很多工作,也有了很大进展。对于催化剂加载方法上则还存在很多问题,如对发动机的改造太大,成本太高、催化剂与燃料接触面积太小,而且他们针对的主要是汽油、柴油发动机,对天然气发动机催化燃烧技术的研究还非常少。 本文首先针对天然气发动机内的催化燃烧问题,建立了发动机内催化燃烧特性、发动机内污染物生成特性的物理和三维数学模型,采用SIMPLE算法,进行了不同催化剂下的机内催化燃烧和排放的数值研究,得出如下有意义的结论:加催化剂后,天然气的起燃温度降低;发动机内的最高燃烧温度减小;CO、CH、NOx的生成浓度和排放出口浓度减少;排气中甲烷浓度减少,甲烷燃烧更加完全;催化剂的种类影响催化效果,贵金属催化剂的催化效果优于非贵金属催化剂。 针对数值计算的结果,本论文进行了实验验证。在总结文献的基础的上对催化剂加载方法进行了改进,提出了向发动机预混合室内喷射催化剂溶液的新方法,设计和改建了实验台。实验比较了双氧水溶液流量、催化剂溶液浓度、催化剂种类对发动机功率,气耗率,CO、CO2、CH、NOx排放浓度的影响,得出如下结论:在双氧水溶液流量在1.05L/h时能取得发动机经济和排放的最佳效果;催化剂浓度增加,气耗率和污染物的排放都降低,但是催化剂的溶解问题制约浓度的增加;Fe2O3的催化效果不如CuO和Cu2O,对减少NOx的排放,Cu2O在高速和低速时比CuO好,但在中等速度时不如CuO,在CH上CuO催化效果优于Cu2O,而对减少CO排放、降低气耗率方面则Cu2O更好。加催化剂溶液后发动机功率的下降不是很明显。 本文研究结果为进一步研究天然气发动机机内的的催化燃烧技术,改善发动机燃烧和减少污染物排放打下了理论和实验基础。同时对汽油和柴油机的机内催化燃烧技术研究也具有借鉴作用。具有较大的经济、社会和环境效益,值得广泛推广应用。 【关键词】：天然气汽车 发动机 催化燃烧 数值模拟
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 中文摘要4-5
• 英文摘要5-7
• 符号说明7-8
• 1 绪论8-17
• 1.1 论文研究背景及课题来源8
• 1.2 本论文研究目的和意义8-10
• 1.3 国内外发展现状10-15
• 1.4 本论文的研究内容15-17
• 2 天然气发动机内催化燃烧数值模拟17-33
• 2.1 物理模型17
• 2.2 数学模型17-24
• 2.3 模拟结果与分析24-33
• 3 天然气发动机内催化燃烧实验研究33-52
• 3.1 实验装置及系统33-39
• 3.2 试验方法39
• 3.3 实验结果及分析39-52
• 4 结论52-54
• 4.1 主要结论52-53
• 4.2 今后的工作及建议53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-58
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录58-59
• 独创性声明59
• 学位论文版权使用授权书59

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