基于化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)機(jī)理的液體燃料自燃著火特性研究.pdf

1、液體燃料的自著火特性是影響燃燒過程最重要的因素之一。隨著計(jì)算機(jī)性能的提高，燃料化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)機(jī)理成為研究其著火特性的重要途徑。本文利用解耦法構(gòu)建不同燃料的骨架化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)機(jī)理，針對多種反應(yīng)器、寬工況對燃料的著火特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　首先，根據(jù)解耦法構(gòu)建了由正十六烷和異十六烷組成的首要參比燃料(PRF)的骨架機(jī)理，共包含46個(gè)組分和139個(gè)反應(yīng)。利用該機(jī)理，研究了不同燃料在激波管中著火延遲與十六烷值之間的關(guān)聯(lián)。通過耦合加權(quán)最小

2、二乘法，利用燃料在激波管中的著火延遲數(shù)據(jù)可預(yù)測其十六烷值，并通過外延法延展至十六烷值超出15-100的燃料。該方法在實(shí)際柴油發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件，即當(dāng)量比為1.0，壓力從19至80atm的條件下預(yù)測精度較高，預(yù)測十六烷值的平均絕對偏差在3.327以內(nèi)。同時(shí)，根據(jù)不同燃料的十六烷值，該機(jī)理可以很好地重現(xiàn)烷烴在激波管中著火延遲的變化，對于成分復(fù)雜的實(shí)用燃料也可以得到較為滿意的預(yù)測結(jié)果。
　　其次，基于構(gòu)建的正十二烷骨架機(jī)理，對定容彈中的著火

3、延遲開展預(yù)測。在此基礎(chǔ)上，提出了利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測影響燃料著火延遲的單變量方差及全局方差，進(jìn)而求解全局敏感性系數(shù)的方法，該方法極大地提高了全局敏感性分析的計(jì)算效率?；谠摲椒ǎ芯苛诉吔鐥l件對定容彈中正十二烷著火延遲不確定性的影響，以及不同邊界條件之間的相互作用規(guī)律。結(jié)果表明邊界條件的變化規(guī)律決定了定容彈中著火延遲預(yù)測不確定性。物理參數(shù)如噴孔直徑和燃料初始溫度的全局敏感性系數(shù)受參數(shù)組合和工況的直接影響。在環(huán)境溫度900 K條件下，燃料

4、初始溫度及環(huán)境溫度對定容彈中預(yù)測著火延遲的不確定性影響明顯，而噴孔直徑則在與燃料初始溫度同時(shí)變化時(shí)減少了定容彈中著火延遲的不確定性。
　　第三，采用優(yōu)化的正庚烷骨架機(jī)理，對比分析了正庚烷在定容彈和激波管中的著火特性。通過分析定容彈中燃料的著火過程，確定影響著火時(shí)刻的關(guān)鍵反應(yīng)條件。同時(shí)，通過分析定容彈和激波管中不同化學(xué)反應(yīng)的敏感性系數(shù)，利用相似因子分析了正庚烷機(jī)理在兩種反應(yīng)器中影響著火延遲的相似環(huán)境條件。結(jié)果表明以燃料負(fù)溫度系數(shù)區(qū)域

5、為核心的溫度范圍決定了燃料在定容彈中的著火特性。通過進(jìn)一步驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，該分析方法和相關(guān)結(jié)論對化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和邊界條件的依賴性較小。
　　最后，利用由正庚烷和異辛烷組成的PRF機(jī)理，分析了在不同反應(yīng)條件下，激波管中著火延遲與均質(zhì)壓燃(HCCI)發(fā)動機(jī)著火時(shí)刻的關(guān)聯(lián)。利用化學(xué)反應(yīng)敏感性系數(shù)的相似性分析方法，對影響相似因子的邊界條件逐一分析，得出溫度影響大于當(dāng)量比和壓力影響的結(jié)論。并通過分析發(fā)現(xiàn)相似度最高的反應(yīng)條件為燃料負(fù)溫度系數(shù)區(qū)域，發(fā)現(xiàn)