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研究生:林文河
研究生(外文):Spencer Lin
論文名稱:柴油引擎油霧熱裂解和排放污染源的研究
論文名稱(外文):The study of thermal pyroster for fuel droplet and the exhaust gas emission for diesel engine
指導教授:郭春寶
學位類別:碩士
校院名稱:國立中正大學
系所名稱:機械系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
論文頁數:82
中文關鍵詞:柴油引擎噴油嘴熱裂解空氣污染
外文關鍵詞:diesel enginefuel injectionpyrosterair pollutionhcco
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本研究針對柴油噴入已被壓縮成高壓、高溫空氣的柴油引擎燃燒室內時,霧狀柴油未著火燃燒之前,熱裂解後所產生氣體的組成濃度。量測熱裂解氣體濃度及實際燃燒後排放出來氣體的組成濃度,執行比較分析,以瞭解控制熱裂解的條件,作為柴油引擎性能的改善的依據。
本文主要研究內容分為三大方面:
一、首先設計一套可以改變容積大小,且可固定容積的燃燒室,作實驗之前先抽完燃燒室內之空氣,再把氮氣打入燃燒室內之後,把整套之燃燒室置入恆溫箱內加溫,使燃燒室之溫度、壓力升高到柴油未著火燃燒之前的某一個欲測的溫度和壓力值,迅速地把高壓霧狀之柴油噴入燃燒室內,使其裂解,但不使其燃燒之狀況下,經過化學平衡作用後,把排氣門閥打開,使用廢氣分析儀,量測CxHy、C、H2……等組成濃度。
二、量測四行程柴油引擎在各種轉速和負荷之下,排放廢氣組成濃度,尤其本實驗研究主要是針對裂解前之碳粒粒徑大小和燃燒後碳粒徑大小作相互比較,以瞭解熱裂解和燃燒之關聯性。
三、本研究利用模擬計算和實際量測之方式,讓吾人更加清楚的瞭解到整個柴油引擎燃燒性能和熱裂解的影響,藉此並可發展出對柴油引擎排放廢氣的改善良策,這是本文研究之目的。
With diesel engines, fuel is sprayed directly into the cylinders at the time combustion isintended to occur. Diesel fuel injection systems operate at high pressures, on the order of 100 MPA. There are also diesel injection systems that use a positive displacement pump so that the mass injected is the independent variable and the fuel pressure adjusts itself accordingly.
In this study we present a brief review of diesel engine emissions, which consist maily of smoke, particulates, odor、NOx、CO、and unburnt HC, they are controlled by fuel-air mixing. The fuel injected into the combustion chamber of a diesel engine undergoes pyrolysis and creates a precursor element from the pyrolysis components. These elements from precursors that could be aromatic. The aromatic structure grows due to nucleation reaction and forms condensed-phase materials, which subsequently absorber high-molecular-weight hydrocarbon compounds. The parent aromatic hydrocarbon can also undergo fragmentation which yields CHx、C2Hx、C3Hx、polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) etc., which in turn form soot particles.
This study is using a set of equipment for the testing diesel oil that is under some operational conditions, the pressure、temperature、the mass of fuel and injection time are controlled by us. With the pressure variation data, the effect of pyroster on the combustion characteristic can be understood to explain the emissions modification. This study provides the better understanding of mechanisms of thermal pyroster on the diesel engine emission, with the combustion analyses the better pyroster’s conditions can be systematically studied for engine engine emission.
摘要 ……………………………………………………………Ⅰ
英文摘要(ABSTRACT) ………………………………………Ⅲ
目錄 ……………………………………………….……………Ⅴ
圖目錄 …………………………………………………………Ⅶ
表目錄 …………………………………………………………Ⅹ
符號說明………………………………………………..………XI
第一章 前言 …………………………………………….… 1
1-1 研究背景 ……………………………………… 2
1-2 研究動機 …………………………………………… 3
1-3 研究方法 …………………………………………… 5
1-4 文獻探討 ………………...……………………...… 7
第二章 理論模式 ………………………....……….……37
2-1 汽缸內活塞的運動方程式………………..………38
2-1-1 汽缸內壓力模式 ……………………...……39
2-1-2 在燃燒過程中之溫度模式 …………..……45
2-2 噴油燃燒模式 ……………………………..…...…47
2-1-1 AB段噴油霧化模式 ………………………48
2-2-2 BC段噴油模式 ………….………..………51
2-2-3 CD段的噴霧燃燒模式 ……………..……51
2-2-4 DE段的燃燒模式 …………………………52
2-3 氣體計算模式 ………………………….……....…52
2-3-1 各元素區內氣體須滿足理想氣體方………52
2-3-2 理想氣體方程式 …………………..….……53
2-3-3 道爾頓分壓定律 ……………………..….…53
2-4 噴霧方程式 …………………………………......…54
2-4-1 噴霧透深噴霧關係 …………………………54
2-4-2 噴霧圓錐角關係 ……………………………55
2-5 熱裂解模式 ……………………………………..…55
2-6 質量連續方程式應用:……………………………56
2-7 動量守恆模式 …………………….…………….…58
2-8 化學平衡模式 …………………………….…….…59
2-9 碳氫化合物燃燒的模式 ……………………….…60
2-9-1 適氧空氣量的燃燒反應式 ……………..…60
2-9-2 過氧空氣量的燃燒反應式 ……………..…61
2-9-3 動量守恆 …………………………….………62
2-9-4 能量守恆 ……………………………….……62
第三章 實驗模擬 ……………………..……………...…66
3-1 實驗規劃與流程 ……………………………..……66
3-2 實驗研究設備和器材 ……………………….……66
3-3 實驗步驟 ……………………………….….....……67
3-4 模擬計算 ……….……………………………..……67
第四章 結論與建議未來方向…………………...……78
4-1 結論 ……….………..…..…………………….……78
4-2 建議與未來方向 …….………………………….…81
參考文獻 …………….………………………………………82
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