柴油替代燃料碳煙生成機(jī)理數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究.pdf

1、發(fā)展詳細(xì)準(zhǔn)確的碳煙生成機(jī)理對(duì)柴油機(jī)碳煙排放控制具有十分重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。構(gòu)建包含柴油所有組分的詳細(xì)動(dòng)力學(xué)機(jī)理是不現(xiàn)實(shí)的，而采用替代燃料來表征柴油的某些重要組分是當(dāng)前一個(gè)行之有效的方法。本文通過CFD耦合化學(xué)動(dòng)力學(xué)的數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，開展柴油替代燃料碳煙生成機(jī)理的研究。
　　本文首先搭建KIVA-CHEMKIN數(shù)值模擬平臺(tái)，采用塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成技術(shù)對(duì)三維模型進(jìn)行離散化處理，利用余隙-側(cè)隙容積法對(duì)網(wǎng)格模型進(jìn)行壓縮

2、比補(bǔ)償，并在實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)工況下對(duì)其進(jìn)行了可行性驗(yàn)證。隨后采用“半解耦”思想構(gòu)建了一個(gè)包含111種組分和542個(gè)反應(yīng)的正庚烷-丁基苯-多環(huán)芳香烴(BRF-PAH)柴油多組分替代模型，并提出了一個(gè)最敏感反應(yīng)的評(píng)價(jià)體系。丁基苯子機(jī)理則通過DRGEP、敏感性分析和反應(yīng)路徑分析等方法簡化得到?；跍计诘拿舾行韵禂?shù)圖對(duì)該模型的關(guān)鍵動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。驗(yàn)證結(jié)果表明:優(yōu)化后的動(dòng)力學(xué)模型在滯燃期、層流火焰速度、組分濃度和HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)等方面均能夠與試

3、驗(yàn)結(jié)果吻合較好。尤其在碳煙前驅(qū)物乙炔(C2H2)、苯(A1)和茚(IND)等方面表現(xiàn)出了良好的預(yù)測性能。
　　在一臺(tái)四缸高速柴油機(jī)上開展四種不同柴油替代燃料的DICI試驗(yàn)，對(duì)比研究不同燃料的燃燒和排放性能表現(xiàn)情況，并對(duì)碳煙粒徑分布進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:甲苯或丁基苯的加入都會(huì)使混合燃料的滯燃期延長，但摻混相同比例丁基苯對(duì)滯燃期的影響明顯比甲苯弱;TRF20（20％甲苯+80％正庚烷）和BRF30（30％丁基苯+70％正庚烷）的滯燃期

4、都與柴油接近，且在燃燒和排放性能方面基本相似，均可作為柴油的替代燃料;在碳煙粒徑分布方面，BRF30的粒徑分布明顯不同于TRF20，其在發(fā)動(dòng)機(jī)常用工況下與柴油更加接近，尤其是核態(tài)顆粒。
　　為了進(jìn)一步闡明不同替代燃料的碳煙生成機(jī)理，采用CFD計(jì)算程序耦合BRF-PAH簡化機(jī)理進(jìn)行不同柴油替代燃料缸內(nèi)直噴燃燒與碳煙排放的多維數(shù)值模擬計(jì)算。結(jié)果表明:預(yù)測結(jié)果能夠與試驗(yàn)結(jié)果保持一致;丁基苯或甲苯的添加促進(jìn)了PAH和碳煙的生成，同時(shí)也改善