多組分石油基表征燃料反應(yīng)機(jī)理模型及其應(yīng)用研究.pdf

1、實(shí)際石油基燃料（汽油和柴油）組分的復(fù)雜性及其理化特性的波動(dòng)性，阻礙了燃燒化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用研究的深入發(fā)展。隨著傳統(tǒng)柴油機(jī)與汽油機(jī)燃燒方式的統(tǒng)一化融合趨勢(shì)，燃料化學(xué)與燃燒邊界條件協(xié)同控制以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)高效清潔燃燒的研究變得日益重要。形勢(shì)的發(fā)展需要就由多種典型烴類(lèi)燃料所組成的汽油或柴油替代混合物或曰表征燃料的反應(yīng)機(jī)理開(kāi)展新的探索性研究。為此，本文以石油基表征燃料機(jī)理模型開(kāi)發(fā)和壓燃式內(nèi)燃機(jī)燃用汽油類(lèi)燃料兩個(gè)方面為出發(fā)點(diǎn)，從詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理的低溫氧化

2、路徑特征、表征燃料模型的構(gòu)建方法，以及自動(dòng)化多級(jí)機(jī)理簡(jiǎn)化策略等多個(gè)層面開(kāi)展燃料反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理模型的綜合性研究。主要的研究?jī)?nèi)容及成果如下：
　?。?）系統(tǒng)總結(jié)了汽油和柴油多組分表征燃料模型及基礎(chǔ)裝置實(shí)驗(yàn)，指出了當(dāng)前存在的問(wèn)題及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)；回顧了詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理簡(jiǎn)化方法的發(fā)展概況，分析了各個(gè)流派的簡(jiǎn)化理念；闡述了汽油GCI（Gasoline Compression Ignition,GCI）燃燒方式的具體特征及有代表性的國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)成果；

3、全面歸納了適用于內(nèi)燃機(jī)的不同類(lèi)別碳?xì)淙剂系牡蜏匮趸磻?yīng)路徑特征，從而為多組分表征燃料的簡(jiǎn)化及詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理模型的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
　?。?）選擇了最具代表性的四種關(guān)系圖類(lèi)簡(jiǎn)化方法DRG，DRGEP，DRG-max和PFA，從理論內(nèi)涵、程序設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)、簡(jiǎn)化算法算例等方面，詳盡地闡述了各種方法的異同。并創(chuàng)新性地提出了分塊關(guān)系圖法，將其與上述四種方法相結(jié)合，在同一分塊策略的前提下，通過(guò)對(duì)比分析了不同方法在篩選物種過(guò)程中物種塊聚集、散布、融

4、合和破碎的規(guī)律。分塊關(guān)系圖法進(jìn)一步解釋了閾值突變的原因，這是由于一次性移除較大規(guī)模的物種塊所造成的。
　?。?）提出了一套系統(tǒng)化多級(jí)機(jī)理簡(jiǎn)化策略，包含DRGEP方法、峰值濃度分析法、線(xiàn)性同異構(gòu)體化集總法、主組分分析法、溫度敏感性分析法和產(chǎn)率分析法，并將其應(yīng)用于汽油四組分表征燃料詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理，構(gòu)建了一個(gè)新的適用于發(fā)動(dòng)機(jī)CFD耦合計(jì)算的簡(jiǎn)化機(jī)理模型。該簡(jiǎn)化機(jī)理包含149個(gè)物種，414個(gè)反應(yīng)。將計(jì)算結(jié)果與激波管、快速壓縮機(jī)及增壓 HCC

5、I發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比表明，在保持較小機(jī)理規(guī)模的前提下，對(duì)于著火滯燃期、缸內(nèi)壓力及排放特性的預(yù)測(cè)效果均較為理想。
　?。?）提出了一個(gè)包含正庚烷/甲苯/環(huán)己烷的三組分柴油表征燃料詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理模型，共包含1140物種，4590反應(yīng)。從定性和定量分析的角度，確定了正庚烷：甲苯：環(huán)己烷的最佳比例值為80％：10%：10%，通過(guò)與HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)及累積放熱率實(shí)測(cè)值對(duì)比表明，三組分柴油表征燃料模型提高了對(duì)低溫與高溫放熱峰值點(diǎn)的預(yù)測(cè)結(jié)果

6、。
　　（5）提出了利用冷、熱空氣快速混合來(lái)控制進(jìn)氣溫度的研究方案，探索性研究了汽油GCI發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)荷下難以穩(wěn)定著火的問(wèn)題。研究表明，在保持原機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)不變的條件下，進(jìn)氣溫度達(dá)到50 ℃時(shí)，汽油GCI發(fā)動(dòng)機(jī)即可實(shí)現(xiàn)自燃著火，并穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，放熱率呈現(xiàn)出單階段放熱的特征。在保持過(guò)量空氣系數(shù)一定、發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，隨著進(jìn)氣溫度提高，著火時(shí)刻提前，指示熱效率升高，HC和CO排放降低，NO排放升高；在同一進(jìn)氣溫度下，隨著過(guò)量空氣系數(shù)增大，