0　概述

随着能源与环境问题日益突出，排放法规测试循环对瞬态排放限值也日趋严格[1]，柴油机瞬变工况性能研究受到越来越多的重视。

研究表明：瞬变工况增压柴油机性能恶化是由于增压器和供气延迟造成供油和供气速率不匹配而引发的[2-3]。为此，文献[4-7]等研究了通过合理匹配增压器、二级增压、HPAS、电动增压补气系统等方法提高瞬变过程供气响应速率，改善发动机瞬变性能，但由于对气体的控制存在难度大、改造成本高及控制技术不成熟等缺点，限制了以上技术对发动机瞬态性能的优化效果。相关试验和数值模拟研究表明[8-13]，在柴油机稳态工况下加入后喷策略，可以有效地促进燃烧后期缸内的油气混合，提高燃烧后期碳烟的氧化速度，达到同时改善PM和NOx排放的效果。目前，在瞬态工况下加入后喷策略实现降低碳烟排放的研究还较少。瞬态高负荷工况与其他工况相比，燃烧和排放更为恶劣。为解决柴油机瞬变高负荷工况下缸内燃烧恶化和烟度排放量骤升的问题，本文通过在试验的瞬变高负荷工况加入后喷，研究其对瞬变工况性能的影响，再结合模拟手段分析了后喷对缸内燃烧状况、缸内气体的流动和碳烟排放的影响和作用机理。

1　试验测控平台

研究对象为一台高压共轨增压中冷柴油机，其主要技术参数见表1。试验用主要仪器设备包括CW440电涡流测功机、DS0928燃烧分析仪、AVL439消光烟度计、FX-3400燃油流量计、HORIB MEXA-7100排气分析仪、AVL1000瞬时空气流量计(采集频率为20 ms)、KISTLER6125B缸压传感器、5011B电荷放大器、MIDAS S05进气压力传感器(采集频率为20 ms)、KISTLER2613B曲轴转角信号传感器等，该试验台架采用瞬态油门电压控制器精确调节油门电压信号来控制瞬态加载过程中供油量的变化，同时配合电涡流测功机可实现ETC测试循环中恒转速、增转矩的典型瞬态工况。测量系统采用具有高响应速率的传感器和高速A/D采集卡(毫秒级精度)，实现对发动机转速、转矩、燃油消耗量、燃烧参数、进气流量、消光烟度、进/排气压力及温度和尾气排放等参数的实时测量与同步采集。另外，利用ECU采集喷油量与油耗仪测量值相互校正，可大大提高油量的测试精度和响应速度。图1为发动机瞬态试验台架示意图。

 

表1　试验发动机主要技术参数

  

项目参数型式水冷直列6缸缸径/mm×行程/mm112×145压缩比17标定功率/kW257(2100r/min)最大转矩/(N·m)1512(1400r/min)喷嘴喷孔数×直径/mm8×0.186增压器HOLSET400

  

图1　发动机瞬态试验台架示意图

2　数值模拟平台及模型验证

本文所采用的CFD数值模拟软件为STAR-CD，用于计算分析柴油机瞬态压缩和做功过程。柴油机计算仿真模型如图2所示。数值模拟采用k-ε/RNG湍流模型、MPI-2喷嘴模型、Huh喷雾模型、Reitz/Diwakar液滴破碎模型、Bai撞壁模型、shell点火模型、层流/湍流时间尺度燃烧模型、PISO算法，壁面简化为绝热边界处理[14]。

  

图2　CA6DL柴油机仿真模型

为验证模型的有效性，本文利用试验工况点进行了验证。以典型恒转速增转矩瞬变过程(B转速1 650 r/min，5 s从10%负荷匀速加载到100%负荷)90%负荷工况为模拟计算工况点(记为B90)，并定义0°曲轴转角为压缩上止点，上止点前用负值表示，上止点后用正值表示。图3和图4为稳态B50、B90工况和瞬变过程B50、B90工况缸内压力和放热率模拟值与试验值对比。图3显示误差率均在6%以内，说明模型是合理的，可以进行下一步研究。

  

图3　稳态B50和B90工况模拟和试验结果对比

柴油机瞬变过程可视为由多个独立离散的工作循环在一段时间内顺序累加的过程，每个工作循环对应不同的负荷[15]，这与同一负荷稳态模拟仅为初始边界条件不同。这些初始边界条件可由台架试验获得，进而用于进行瞬态模拟仿真。模拟边界条件由台架试验获得。表2为原机模拟B90工况点边界条件。

3　试验及仿真结果分析

3.1　后喷策略对柴油机瞬变性能的影响

试验保持恒定转速1 650 r/min，5 s内负荷从10%匀速加载到100%，在试验发动机上分别进行了调节主后喷间隔和后喷量试验，主后喷间隔为主喷结束到后喷开始之间的间隔时间。主后喷间隔调节范围从400 μs逐步提升至1 600 μs，每次增加幅度为400 μs； 后喷量调节范围从10%逐步提升至30%，每次增加幅度为10%。为了统一单位，这里将主后喷间隔用曲轴转角表示，在1 650 r/min转速下，1°曲轴转角约为100 μs，400 μs即为4°曲轴转角，依此类推。

采用三维可压缩Navier-Stokes方程为控制方程, 通过有限体积方法进行离散, 对流项离散采用Roe格式[13], 通过MUSCL插值达到2阶精度, 黏性项离散采用中心差分格式, 时间项离散使用隐式LU-SGS方法[14], 进行稳态流场计算.

科技创新可从基础理论和实践应用两方面展开。通过新时代背景下水生态文明内涵与实施路径、城市水生态环境退化诊断与健康评估、城市水生态环境演变趋势、治理标准与模拟技术、基于水生态文明的城市绿色发展与空间管控策略等问题的研究，夯实城市水生态文明建设理论基础；深入开展水生态文明建设关键技术研究工作，围绕污染防治、生态保护、风险防控等技术需求，在污染源控制与治理、污水处理与资源化能源化利用、水生态环境修复、环境监控预警与管理、智慧决策平台建设等领域通过研发、引进、集成等手段提升水生态文明建设的科技支撑能力。

  

图4　瞬态B50和B90工况模拟和试验结果对比

 

表2　原机模拟工况点边界条件

  

项目参数喷油压力/MPa135喷油正时/(°)-5°进气温度/K313循环供油量/mg151.8

[10] 刘忠长,金华玉,李康,等.高压共轨喷射柴油机采用燃料主喷和后喷的燃烧模拟[J].吉林大学学报,2008.38(6)：1274-1280.

  

图5　　　　不同后喷量和主后喷间隔烟度、NOx排放和be对比

  

图6　不同后喷量和后喷间隔燃烧特征参数对比

 

表3　不同后喷量和喷间隔下燃烧持续期对比

  

后喷间隔/(°)后喷量/%燃烧持续期/(°)0(原机瞬态)030.041029.52031.581038.52027.5121035.52033.5161039.02033.5201043.02039.5

瞬变高负荷工况下，增加后喷量或主后喷间隔都会使NOx排放降低，燃油消耗率升高，消光烟度随后喷量或主后喷间隔的增加而显著增加。从燃烧角度来讲，增加后喷量和主后喷间隔使CA50推后，燃烧更远离压缩上止点，燃烧持续期增长，说明增加后喷量和主后喷间隔延长了燃烧持续期。

该项评价中，随着特征量化数值增加，评价结果平均值也逐渐提高。其中，轮廓线平均转折点数为3.15的天际线获得最高评价。可见，轮廓线越曲折复杂，所引发的美学感受越强烈。

3.2　后喷模拟

为了进一步更加全面地探究后喷对柴油机瞬变高负荷工况燃烧、排放及燃油经济性影响的本质原因，利用数值模拟探究了瞬变工况单因素调整后喷量和主后喷间隔角对缸内微观场和热力氛围的影响。模拟用的是Mauss Soot排放预测模型，对排放进行总体趋势分析。

3.2.1　后喷模拟方案

典型恒转速(1 650 r/min)增转矩瞬变B90工况的原机喷油规律为无后喷的喷油策略，后喷喷油策略保持循环喷油量和主喷正时不变，主后喷间隔角和后喷量是后喷策略的两个主要控制参数。主后喷间隔角为主喷结束到后喷开始之间的曲轴转角。表4为后喷模拟方案，为了表示方便，各模拟方案记为负荷-后喷量-主后喷间隔角，如B90-5-4表示瞬变过程90%负荷工况，后喷量为5%，主后喷间隔角为4°曲轴转角。

 

表4　后喷模拟方案

  

后喷量/%方案主后喷间隔4°主后喷间隔6°主后喷间隔8°主后喷间隔12°5B90-5-4B90-5-6B90-5-8B90-5-1210B90-10-4B90-10-6B90-10-8B90-10-1220B90-20-4B90-20-6B90-20-8B90-20-1225B90-25-4B90-25-6B90-25-8B90-25-1230B90-30-4B90-30-6B90-30-8B90-30-12

3.2.2　主后喷间隔角确定

加入后喷的目的是有效改善柴油机瞬变性能恶化，现以碳烟最终排放最低的原则确定最佳主后喷间隔角。图7为不同后喷策略对瞬变过程B90工况可溶性有机物最终生成量的影响。从图7中可以看出，不同后喷量下碳烟最终生成量随主后喷间隔角增大先降低后升高，都在主后喷间隔角为4°曲轴转角时出现明显的拐点，因此选定4°间隔角为最佳主后喷间隔角，分析主后喷间隔角为4°曲轴转角时后喷量对瞬变过程B90工况的燃烧、油气混合及排放过程的影响规律。

  

图7　　　　后喷策略对瞬变过程B90工况碳烟排放的影响

综合纬度关系、地形地势、季风以及洋流等多重因素影响，舟山全年呈现北亚热带南缘季风海洋型气候特征，温暖湿润，冬暖夏凉，光照充足，但在夏季较易受台风和雷电天气侵袭，并时常伴有伏旱，冬季多浓雾和寒潮大风[1]。

图8、图9分别为相同主后喷间隔角、不同后喷油量对瞬变过程B90工况缸内压力和放热率的影响。可以看出：瞬变工况下，缸内压力均低于稳态工况的缸内压力值，放热率的相位相比于稳态工况的放热率相位也均延后，这主要是因为瞬变过程进气量减少；不同后喷油量对燃烧初期的缸内压力和放热率基本没有影响，曲线几乎完全重合；燃烧中后期，加入后喷的瞬变工况点的缸内压力低于无后喷的瞬变工况点的缸内压力，且后喷量越大，缸内压力下降越明显；由于后喷的引入，后喷燃油的燃烧放热使放热率曲线出现第三放热率峰值，随后喷量的增大，放热率第二峰值和放热率第三峰值都增大，且相位提前。虽然加入后喷使主喷燃烧速率加快，主喷燃烧过程提前，但随着后喷量增大，更多的燃油在较大的气缸空间放热，会造成热量利用率降低，导致指示热效率降低，指示燃油消耗率升高。从图10可以看出，在主后喷间隔角为4°曲轴转角时，后喷量在10%左右指示热效率降低不明显，后喷量大于25%时指示热效率恶化较明显。

  

图8　不同后喷油量下缸压曲线对比

  

图9　不同后喷油量下放热率曲线对比

  

图10　不同后喷量指示热效率和指示燃油消耗率对比

3.3　后喷油量对柴油机油气混合的影响

考核方式对学生的学习具有重要导向作用，为使学生更注重中药识别技能培养，利用标本进行阶段实践考核和期末实践考核，实践考核以识别常用中药标本为基本技能要求。

  

图11　不同后喷量下缸内氧气驱动能量和燃油驱动能量对比

为进一步明确不同后喷量对柴油机油气混合的影响，本文利用统计单元格的方法对混合区浓度区间进行了统计。图12为不同后喷量对瞬变过程B90工况缸内混合气浓度区间单元格体积比例的影响对比。整体来看，随着后喷量的增加，稀混合气(0≤φ<1)单元格比例增加，较浓混合气(1≤φ<2)单元格比例降低，主喷阶段浓混合气(φ≥2)单元格比例变化不明显，后喷阶段浓混合气(φ≥2)单元格比例明显增加，且随着后喷油量的增加，各混合气区间单元格比例的“谷值”或“峰值”相位相应提前。瞬变工况当量比区间为0≤φ<1的稀混合气单元格比例整体低于稳态工况的值。

  

图12　后喷量对混合气浓度区间单元格比例的影响

这主要是因为稳态工况进气量多，油气混合驱动能量高，有利于均匀混合气的形成，使稀混合气比例增加。随着后喷油量的增多，主喷射燃油量减少，所以在主喷燃油燃烧阶段当量比区间为0≤φ<1的稀混合气单元格比例相比于无后喷的瞬变工况和稳态工况都有所上升。这说明氧气驱动能量对主喷阶段混合气的形成起主导作用，有利于主喷燃油的燃烧，所以放热率第二峰值随后喷量的增加而升高且相位提前。在燃烧的后期，后喷燃油的作用会造成当量比区间为0≤φ<1的单元格比例降低。采用后喷喷油策略后，由于主喷阶段燃油喷射量的减少，在燃烧的中期引入后喷的瞬变工况点的当量比区间为1≤φ<2的单元格比例和φ≥2的单元格比例相对无后喷的瞬态工况点会有所降低；在燃烧的中后期，由于后喷燃油的蒸发雾化和混合作用，当量比区间在1≤φ<2的单元格比例和φ≥2的单元格比例会明显上升。这说明后喷喷油策略会对瞬变中高负荷工况缸内混合气的混合产生一定的影响，对燃烧不同阶段的不同当量比混合气的比例具有有效的控制作用。

3.4　后喷油量对柴油机排放的影响

图13和图14分别为不同后喷量对瞬变过程B90工况NOx和可溶性有机物生成历程的影响。由图可知，后喷量对NOx生成的影响较小，瞬变工况NOx排放低于稳态值；随着后喷量增加，缸内可溶性有机物峰值和最终生成量均降低；当后喷量达到30%，碳烟最终排放量甚至低于稳态值。综合考虑指示热效率和排放，对于瞬变过程B90工况，在主后喷间隔角为4°曲轴转角时，25%后喷量为最佳后喷量。

  

图13　不同后喷量对NOx生成历程的影响

  

图14　不同后喷量对碳烟生成历程的影响

下面以后喷油量25%为例从微观场的角度进一步探究后喷量对柴油机瞬变过程B90工况后喷燃油蒸发雾化燃烧及排放过程的影响。图15～图20分别为原机无后喷和B90-4-25工况同一曲轴转角下缸内速度场、燃油浓度场和氧浓度场对比。在上止点后22°曲轴转角,B90-4-25工况主喷燃油基本已经燃烧完全，而原机无后喷策略缸内剩余燃油明显高于B90-4-25工况，且此时燃油浓区缸内氧浓度较低，不利于燃油的完全燃烧。而对于B90-4-25 工况，由于缸内流场速度较大，有利于缸内富氧区氧气向低氧浓度区输运，使喷油方向上氧气浓度快速增加，后喷燃油恰好喷到了氧气浓区，有利于后喷燃油的蒸发雾化混合，后喷燃油的燃烧放热使缸内温度升高。由此看出，加入后喷使燃烧后期缸内流场速度增加，促进缸内燃烧放热，有利于改善缸内热力氛围，降低可溶性有机物排放。图21为不同后喷量对缸内高温区体积比例的影响。可溶性有机物的最终排放量是可溶性有机物的生成与氧化共同作用的结果。燃烧后期，随着后喷量的增加，高温(T>1 800 K)单元格比例先增加后降低，后喷量为25%时高温单元格比例达到最大，后喷量为30%时高温单元格比例仍较大，有利于提高可溶性有机物氧化速率，再加上后喷量越大可溶性有机物生成速率越低，从而使得后喷量为30%时可溶性有机物最终生成量最低。

  

图15　无后喷28°曲轴转角时的缸内速度场

  

图16　B90-25-4工况28°曲轴转角时的缸内速度场

  

图17　无后喷22°曲轴转角时的缸内燃油浓度场

  

图18　无后喷22°曲轴转角时的缸内氧浓度场

  

图19　B90-4-25工况22°曲轴转角时的缸内燃油浓度场

  

图20　B90-4-25工况22°曲轴转角时的缸内氧浓度场

  

图21　　　　不同后喷量对缸内高温(T>1 800 K)单元格　　　比例的影响

4　结论

(1) 柴油机瞬态高负荷工况下加入后喷后，相比原机其燃烧重心提前，消光烟度显著降低，但消光烟度随后喷量和主后喷间隔的增加而显著增加。

(2) 在主喷燃烧阶段，氧气驱动能量对混合气的形成起主导作用。随着后喷油量增多，氧气驱动能量增加，缸内稀混合气比例增加，放热率第二峰值和第三峰值均提高且相位提前。

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Synthesis and crystal structure of 10-phenyl-6,7,8,10-tetrahydro-cyclopenta[b]pyrrolo[3,2-f]quinolin

(4) 综合考虑指示热效率和可溶性有机物最终生成量，对于瞬变过程B90工况，主后喷间隔角为4°曲轴转角且采用25%后喷量时排放效果较佳。

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油气混合的质量决定了柴油机燃烧的好坏，而燃油蒸气和空气的混合是需要能量的，这里说的能量包括燃油蒸气分子和氧分子的焓值和动能，即氧气驱动能量。图11为不同后喷量对柴油机瞬变过程B90工况缸内氧气驱动能量、燃油驱动能量的影响。由于稳态进气量多，缸内热氛围较好，氧气驱动能量明显高于瞬变工况。在燃烧的中后期，瞬变工况下，后喷策略的氧气驱动能量高于无后喷的氧气驱动能量。后喷量越大，氧气驱动能量越高，当后喷量大于25%时，氧气驱动能量的值在一段时间内甚至超过了稳态工况的值。由于稳态工况缸内工质密度大，对燃油分子的阻力增加，稳态工况燃油驱动能量稍低于瞬变工况，和放热率类似，后喷策略使燃油驱动能量出现两个峰值，随着后喷油量的增多，第一峰值降低且相位提前，第二峰值升高。在主喷燃烧阶段，采用后喷策略，氧气驱动能量高于无后喷策略，对混合气的形成起促进作用，燃油驱动能量低于无后喷策略，不利于混合气的形成，两者相互制约；在后喷燃烧阶段，氧气驱动能量和燃油驱动能量均高于无后喷策略，且随后喷量的增加，氧气驱动能量和燃油驱动能量线性增加，两者共同促进后喷燃油与空气的混合燃烧，这也解释了后喷策略第三放热率峰值随后喷量的增加而升高且相位提前的原因。

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(3) 瞬变高负荷工况下，加入后喷对流场扰动极大，促进了可溶性有机物与氧气的混合，同时有利于燃油与空气的混合，强化燃烧，缸内高温单元格比例增加，使可溶性有机物氧化速率明显增大。

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3.2.3　后喷油量对瞬变工况燃烧过程的影响

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超净工作台、ESJ120-4型电子天平，沈阳龙腾电子有限公司；HH.B11.600-S型电热恒温培养箱，上海跃进医疗器械厂；ES-315型高压蒸汽灭菌锅，北京吉诺思科贸有限公司；D2-400/2ES真空包装机，中国华联机械有限公司；IH-P2023C型电磁炉、半微量凯氏定氮仪；PHS-3B精密pH计，江苏江分电分析仪器有限公司。

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图5、图6、表3分别为试验获得的柴油机原机瞬态及瞬态B90工况不同后喷量和主后喷间隔下消光烟度、NOx排放、燃油消耗率be和燃烧特征参数对比。图中，CA10、CA50、CA90分别为缸内燃烧质量10%、50%、90%所对应的曲轴转角。与原机瞬态相比，柴油机在后喷策略下消光烟度总体趋势显著降低，且随着后喷量或主后喷间隔增加，消光烟度有所上升，燃油经济性有所恶化，NOx排放降低。从图5可以得出，在瞬态B90工况下，带有后喷工况的CA50和CA10均比原机提前，燃烧更靠近压缩上止点，说明柴油机加入后喷策略后油气混合效果变好，燃烧速度相应变快，有利于提高缸内热力氛围。

山风比午间更加狂烈，呼啸着，像一群怨魂，在天葬场的地面处游荡。白鹫仍然没有离去，它们中的一些盘旋在众人的头顶上空，另一些则站在天葬台对面的高坡上，不时发出一声声令人揪心的悲鸣。

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虽然很多高校都成立了诸如大学生创业园、创业孵化基地、创客空间等创新创业平台，也开发了创新创业教育教材，并设置了固定创新创业学时，但存在着投入大、收效小的尴尬局面，实际成效难以量化，象征性意义大于实质性意义，对于提升人才培养质量、提高人才核心职业竞争力的帮助极为有限。

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在传统课堂教学中，节奏慢，课堂容量小，教学方式比较单调呆板。多媒体教学可将抽象复杂的理论形象地表现出来，减少教师的重复工作，使教师的活动不像以前：一张嘴、一支粉笔、一块黑板加简单电教手段组成。利用多媒体教学呈现信息量大，速度快，图文并茂的优势，能使学生更好更快地接受知识，提高教学效率。

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全方面地展示岗位，以“工薪”、“经验”、“学历”三大基本指标进行组合为每个岗位设计分级标准，针对性地将岗位分为三个等级。

缑卫军[10]以钼酸铵和硫化钠为原料，聚乙二醇为分散剂，在盐酸水溶液中通过水合热法合成了类似于富勒烯型的MoS2纳米微球，其直径在30～60 nm之间，该方法制备出的MoS2纳米微球外表坚硬，物化性能稳定，然而所得产物大小不均。