REGR對(duì)二甲醚均質(zhì)壓燃燃燒影響的數(shù)值模擬研究.pdf

1、為了滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī)，緩解石油危機(jī)，開發(fā)更先進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)和尋找合適的替代燃料成為整個(gè)內(nèi)燃機(jī)界研究的方向。以均質(zhì)壓燃著火（HCCI）燃燒為代表的高效清潔燃燒方式成為國內(nèi)外研究的焦點(diǎn)。近年來，二甲醚由于其優(yōu)良的著火性能作為柴油機(jī)替代燃料的研究引起了人們的關(guān)注。但是二甲醚HCCI燃燒存在著火時(shí)刻和燃燒速率控制困難、運(yùn)行范圍狹窄、HC和CO排放高等缺點(diǎn)。為了解決HCCI燃燒面臨的實(shí)際問題，各種不同的技術(shù)手段在HCCI研究中得到了廣泛的應(yīng)

2、用。廢氣重整再循環(huán)（REGR）是一種廢氣再循環(huán)（EGR）與車載燃料重整相結(jié)合的技術(shù)，綜合利用了兩者的優(yōu)點(diǎn)，可以更好的控制HCCI燃燒。本文從熱力學(xué)角度對(duì)二甲醚水蒸氣重整進(jìn)行了分析，并且利用CFD與化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型耦合的數(shù)值模擬方法，研究了REGR對(duì)二甲醚HCCI燃燒過程和排放的影響。
　　本文首先對(duì)二甲醚水蒸氣重整進(jìn)行了熱力學(xué)分析，分析了重整體系的熱效率；計(jì)算了主要反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)隨溫度的變化關(guān)系；確立了反應(yīng)體系的獨(dú)立方程并計(jì)算了

3、在不同溫度、壓力和水醚比等反應(yīng)條件下，二甲醚轉(zhuǎn)化率、二氧化碳選擇性以及平衡時(shí)各組分的濃度。結(jié)果表明：二甲醚重整氣（DRG）比二甲醚最高可以增加15.45％的低熱值；二甲醚在溫度大于473K、水醚比大于2時(shí)具有很高的轉(zhuǎn)化率，平衡濃度接近于零，DRG中主要成分是H2、CO和CO2，其中氫氣含量最高，最大濃度為72℅；二甲醚中碳元素在高溫、低水醚比時(shí)主要生成CO，在低溫、高水醚比時(shí)主要生成CO2；壓力對(duì)反應(yīng)平衡濃度影響甚微。
　　接著，

4、應(yīng)用零維單區(qū)模型結(jié)合二甲醚詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理，對(duì)二甲醚的主要氧化反應(yīng)路徑進(jìn)行了分析，計(jì)算分析了EGR、DRG和REGR對(duì)燃燒過程的影響，并從化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)角度詳細(xì)分析了DRG各組分對(duì)燃燒過程的影響機(jī)理。研究結(jié)果表明：EGR降低了缸內(nèi)放熱率和壓升率，降低了缸內(nèi)溫度和壓力，減小了發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功，延遲了著火時(shí)刻；DRG增大了放熱率和壓升率，使缸內(nèi)溫度和壓力升高，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功，并且延遲了著火時(shí)刻；DRG中H2對(duì)著火時(shí)刻的延遲起主要作

5、用，它主要是通過在低溫反應(yīng)階段與二甲醚爭奪OH來抑制二甲醚的脫氫放熱反應(yīng)，從而降低了低溫反應(yīng)的放熱量，最終導(dǎo)致著火時(shí)刻延遲；REGR使EGR和DRG優(yōu)勢疊加、劣勢互補(bǔ)，通過調(diào)整兩者之間的比例可以有效的控制二甲醚HCCI燃燒的著火時(shí)刻，并且能在一定程度上拓寬發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷范圍。
　　最后，在二甲醚詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型中加入了NOX生成機(jī)理，并且利用三維CFD模型與之進(jìn)行耦合計(jì)算，研究了REGR對(duì)二甲醚HCCI燃燒過程和排放特性的影響

6、。研究結(jié)果表明：HCCI燃燒在低溫和高溫反應(yīng)過程中的溫度分布都不均勻，低溫和高溫反應(yīng)結(jié)束后又都趨于均勻。低溫反應(yīng)首先發(fā)生在壓縮余隙和凹坑區(qū)域，REGR對(duì)低溫反應(yīng)局部開始時(shí)刻和位置沒有影響；高溫反應(yīng)開始于燃燒室內(nèi)核區(qū)，REGR使高溫反應(yīng)開始時(shí)刻延遲。DRG可以降低CO和HC的排放，但是增加了NOX的排放，而EGR增加了CO和HC的排放，但是降低了NOX的排放。因此，在采用REGR技術(shù)時(shí)可以通過調(diào)整DRG和EGR比例來有效的控制發(fā)動(dòng)機(jī)的排放