汽油燃料替代混合物均質(zhì)壓燃反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)研究.pdf

1、均質(zhì)壓燃著火(HCCI)概念給出了實現(xiàn)內(nèi)燃機高效率、低污染的新途徑，是目前內(nèi)燃機燃燒學(xué)界及相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點。燃料的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)是HCCI燃燒模型的核心，對HCCI燃燒過程與排放研究起到至關(guān)重要的作用。作為內(nèi)燃機的主要燃料，汽油是一種復(fù)雜的多組分燃料，其數(shù)值模擬仍面臨著諸多基礎(chǔ)理論上的難題。本文對汽油燃料在均質(zhì)壓燃數(shù)值模擬中替代混合物燃燒化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　 首先，以當(dāng)前被廣泛應(yīng)用作為汽油燃料替代混合物的基

2、礎(chǔ)燃料(包含異辛烷和正庚烷)為研究對象，在HCCI發(fā)動機工況下進(jìn)行了針對化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)耦合計算的研究與分析。通過四種典型反應(yīng)機理的計算與HCCI發(fā)動機相關(guān)實驗數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn)，各反應(yīng)機理在不同實驗狀況下性能各異。由此提出了適用于HCCI發(fā)動機燃燒過程的基礎(chǔ)燃料氧化反應(yīng)的骨架機理(42種組分和71個反應(yīng))，該機理可以較準(zhǔn)確地預(yù)測發(fā)動機HC和CO的排放，對著火時刻和燃燒速率等參數(shù)的預(yù)測精度與詳細(xì)機理模型基本相同，為耦合化學(xué)動力學(xué)機理的HCCI發(fā)

3、動機多維模型計算創(chuàng)造了必要條件。
　　 在此基礎(chǔ)上考慮芳香烴的重要影響，本文提出使用甲苯參比燃料(包含異辛烷、正庚烷和甲苯)作為汽油燃料替代混合物。目前甲苯參比燃料的研究正處于初級階段，其氧化反應(yīng)機理大多為詳細(xì)化學(xué)動力學(xué)機理。針對HCCI燃燒工況，構(gòu)建了一個甲苯參比燃料氧化反應(yīng)的簡化機理(70種組分和196個反應(yīng))。此機理在激波管著火滯燃期和HCCI發(fā)動機缸內(nèi)燃燒的計算預(yù)測中均表現(xiàn)出較高的準(zhǔn)確性。應(yīng)用響應(yīng)曲面法確定替代混合物組分

4、的比例，建立了四種數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行誤差分析。模型不但可以進(jìn)行汽油燃料替代混合物組分比例的確定，而且能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測燃料的研究辛烷值RON和馬達(dá)辛烷值MON。
　　 為了評價替代混合物對汽油燃料的預(yù)測效果，將基礎(chǔ)燃料、甲苯參比燃料與汽油燃料進(jìn)行了對比研究。在激波管著火滯燃期和HCCI發(fā)動機工況條件下，甲苯參比燃料對于汽油的預(yù)測計算均是令人滿意的，而基礎(chǔ)燃料則表現(xiàn)出放熱率較低的情況。甲苯在燃燒過程中產(chǎn)生的苯甲基與HO2反應(yīng)生成大量O