柴油機低溫燃燒實現(xiàn)超低碳煙排放的機理研究.pdf

1、隨著世界范圍內的內燃機保有量日益增加，內燃機排氣污染物對人類健康以及城市環(huán)境的破壞問題也日益突出。排放法規(guī)對發(fā)動機碳煙排放量以及碳煙顆粒尺寸的要求日益嚴格。柴油機低溫燃燒技術通過協(xié)同控制燃燒過程中混合與化學反應參數(shù)，可以實現(xiàn)高的熱效率與超低的碳煙排放。這要求更深入了解碳煙生成機理，提高CFD模擬計算的預報精度。
　　本研究以發(fā)動機試驗研究為基礎，從前驅物氣相化學動力學和顆粒動力學兩方面構建了適用于柴油機低溫燃燒過程中碳煙生成預報的

2、多步現(xiàn)象學碳煙模型MSP-CH?；趯μ紵熒蓹C理的理解，乙炔在碳煙前驅物 PAH生成以及碳煙表面生長過程中占有重要作用。因此在碳煙模型中耦合了乙炔化學動力學簡化模型，用以預報發(fā)動機復雜燃燒環(huán)境下乙炔的生成歷程。修正的HACA機理作為碳煙生成的核心理論，描述氫原子解吸附-乙炔分子添加的碳煙表面生長過程，并考慮了未燃碳氫自由基對激活碳煙活化表面的作用。本研究提出了一個新的關于碳煙顆粒活化表面比例分數(shù)αCH的表達式，綜合考慮了柴油機低溫燃燒

3、過程中混合氣濃度與溫度的分層分布對碳煙表面活化程度的影響，從而實現(xiàn)了對于不同混合氣分層燃燒過程中碳煙生成的預報。
　　研究結果表明，碳煙表面生長是影響碳煙質量積累的重要過程，而碳煙表面生長速率主要取決于碳煙表面活化表面積的比例分數(shù)αCH與單位面積生長速率RCH。在柴油機低溫燃燒過程中，隨著EGR率增加，盡管碳煙前驅物的生成量增加，但是燃燒溫度降低使得RCH大幅減慢，這是導致碳煙表面生長速率降低的主要原因，進而影響最終的碳煙排放降低

4、?；旌蠚獠痪鶆虺潭葧龠M濃混合氣與未燃碳氫的形成，使得αCH與RCH增加，這是導致碳煙表面生長速率增加的主要原因，進而導致碳煙的生成量增加。
　　在混合氣相對均勻的工況下，混合氣濃度以及αCH分布比較均勻，較高的αCH分布在低溫、濃混合氣的區(qū)域；隨著混合氣濃度不均勻程度增加，αCH出現(xiàn)在濃混合氣區(qū)域，而燃燒溫度對αCH分布的影響退居成為次要因素。
　　在柴油機“高密度-低溫”燃燒模式下重點研究了熱力學狀態(tài)參數(shù)、組分以及混合氣

5、濃度對碳煙生成特性的影響。增加充量密度可以有效的改善著火前混合氣的均勻程度，降低乙炔生成量的同時減小了碳煙表面的活化程度，使得碳煙表面生長速率降低。同時提高充量密度增加了進氣中氧氣的絕對量，加速了碳煙的氧化過程，有利于進一步降低碳煙排放。
　　隨著初始氧濃度降低，乙炔的最大生成量降低；而燃燒后期乙炔的凈生成量保持在較高的水平上。由未燃碳氫（乙炔、UHC自由基）濃度以及燃燒溫度共同決定的RCH降低，而濃混合促進αCH增加。這樣使得碳