基于計算奇異攝動法的燃燒反應(yīng)機(jī)理簡化及其應(yīng)用.pdf

1、節(jié)能減排已經(jīng)成為當(dāng)前汽車行業(yè)的主流研究方向，而燃料的燃燒行為的研究則是實現(xiàn)節(jié)能減排非常關(guān)鍵的課題。但是內(nèi)燃機(jī)燃料的詳細(xì)化學(xué)動力學(xué)機(jī)理包含的組分和基元反應(yīng)數(shù)目過多，使得在對內(nèi)燃機(jī)工作過程進(jìn)行數(shù)值模擬的難度大大增加，而單步反應(yīng)機(jī)理又不能很好的對燃燒過程進(jìn)行描述。因此，對詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行簡化就變得十分重要。傳統(tǒng)的機(jī)理簡化方法對研究者在化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)知識的儲備以及研究經(jīng)驗都有較高的要求，所得到的簡化機(jī)理也存在較多的主觀因素。計算奇異攝動法（CS

2、P, Computational Singualr Perturbation）從純數(shù)學(xué)理論的角度出發(fā)將反應(yīng)機(jī)理分成快模式和慢模式，從而達(dá)到將詳細(xì)機(jī)理簡化的目的。
　　本研究基于計算奇異攝動法，運(yùn)用matlab編寫了適用于對詳細(xì)機(jī)理進(jìn)行簡化的計算機(jī)程序，并針對甲烷/空氣含氮燃燒的詳細(xì)化學(xué)動力學(xué)機(jī)理進(jìn)行簡化，得到包含36組分31步反應(yīng)的簡化機(jī)理，并將簡化機(jī)理的計算結(jié)果與詳細(xì)機(jī)理的計算結(jié)果進(jìn)行對比，驗證了簡化機(jī)理的準(zhǔn)確性。采用異辛烷和正

3、庚烷兩種燃料作為汽油的模擬燃料，詳細(xì)機(jī)理選擇ANASYS公司開發(fā)用于模擬汽油燃燒的980組分4972個基元反應(yīng)的詳細(xì)機(jī)理。首先采用直接關(guān)系圖法（DRG, Direct relation graph）對機(jī)理進(jìn)行初步簡化，得到一個106組分525個基元反應(yīng)的骨架機(jī)理，并驗證骨架機(jī)理的準(zhǔn)確性。接著采用計算奇異攝動法對骨架機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步簡化，得到31個組分和78個基元反應(yīng)的簡化機(jī)理，并在Chemkin-pro軟件的SI_engine反應(yīng)器中驗證

4、了簡化機(jī)理的準(zhǔn)確性。將由計算奇異攝動法得到的簡化機(jī)理、PRF（Primary Reference Fuel，基礎(chǔ)參比燃料）燃燒模型和單步經(jīng)驗燃燒模型分別與內(nèi)燃機(jī)的三維模型進(jìn)行耦合計算，將計算得到的缸內(nèi)壓力、缸內(nèi)溫度、燃燒放熱率和累計放熱率等結(jié)果和臺架試驗測量結(jié)果進(jìn)行對比。結(jié)果表明：采用簡化機(jī)理和PRF燃燒模型對汽油機(jī)缸內(nèi)燃燒過程數(shù)值模擬計算得到的結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好，而采用單步經(jīng)驗燃燒模型計算得到的結(jié)果則與試驗結(jié)果有較大的誤差；從計算