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文檔簡介
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。隨著計算機性能的提高,燃料化學反應動力學機理成為研究其著火特性的重要途徑。本文利用解耦法構建不同燃料的骨架化學反應動力學機理,針對多種反應器、寬工況對燃料的著火特性進行了系統(tǒng)研究。
首先,根據(jù)解耦法構建了由正十六烷和異十六烷組成的首要參比燃料(PRF)的骨架機理,共包含46個組分和139個反應。利用該機理,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聯(lián)。通過耦合加權最小
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。該方法在實際柴油發(fā)動機運行條件,即當量比為1.0,壓力從19至80atm的條件下預測精度較高,預測十六烷值的平均絕對偏差在3.327以內。同時,根據(jù)不同燃料的十六烷值,該機理可以很好地重現(xiàn)烷烴在激波管中著火延遲的變化,對于成分復雜的實用燃料也可以得到較為滿意的預測結果。
其次,基于構建的正十二烷骨架機理,對定容彈中的著火
3、延遲開展預測。在此基礎上,提出了利用人工神經網絡預測影響燃料著火延遲的單變量方差及全局方差,進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算效率。基于該方法,研究了邊界條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變化時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,確定影響著火時刻的關鍵反應條件。同時,通過分析定容彈和激波管中不同化學反應的敏感性系數(shù),利用相似因子分析了正庚烷機理在兩種反應器中影響著火延遲的相似環(huán)境條件。結果表明以燃料負溫度系數(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。通過進一步驗證發(fā)現(xiàn),該分析方法和相關結論對化學反應機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機理,分析了在不同反應條件下,激波管中著火延遲與均質壓燃(HCCI)發(fā)動機著火時刻的關聯(lián)。利用化學反應敏感性系數(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量比和壓力影響的結論。并通過分析發(fā)現(xiàn)相似度最高的反應條件為燃料負溫度系數(shù)區(qū)域,發(fā)現(xiàn)
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