基于解耦法的柴油和生物柴油表征燃料骨架反應(yīng)機理研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠的簡化或骨架氧化機理，對發(fā)動機的多維計算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamic，CFD)模擬至關(guān)重要。本文通過不同燃料的火焰?zhèn)鞑ニ俣群蜏计诘拿舾行苑治霭l(fā)現(xiàn)，火焰?zhèn)鞑ニ俣戎饕苄》肿蛹捌渥杂苫磻?yīng)控制，而對燃料相關(guān)反應(yīng)不敏感，與之相反，燃料相關(guān)反應(yīng)對滯燃期顯示較高的敏感性?；谝陨戏治龊捅菊n題組的相關(guān)工作，提出了解耦法構(gòu)建燃料骨架機理的理論依據(jù)。解耦法將燃料氧化機理分解為三部分:詳細H2/CO

2、/C1子機理、簡化C2-C3子機理和骨架C4-Cn子機理。其中，詳細H2/CO/C1子機理用于預(yù)測火焰?zhèn)鞑ズ头艧崧?，骨架C4-Cn子機理用于預(yù)測燃料消耗和滯燃期，簡化C2-C3子機理為過渡機理。由于詳細H2/CO/C1子機理規(guī)模較小，簡化C2-C3和骨架C4-Cn子機理可有效減少組分數(shù)目，最終機理可與多維CFD模擬直接耦合。通過優(yōu)化C4-Cn反應(yīng)的速率常數(shù)和使用詳細H2/CO/C1子機理，基于解耦法構(gòu)建的骨架機理能夠準確預(yù)測燃料的化學(xué)反

3、應(yīng)特性。
　　通過計算發(fā)現(xiàn)，基于解耦法構(gòu)建各類燃料的骨架機理不適用于低當(dāng)量比、低溫工況，同時，無法重現(xiàn)燃料分子結(jié)構(gòu)對火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?。為改進解耦法性能，本文基于最新的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)理論和實驗工作，對解耦法加以改進優(yōu)化，主要工作包括:(1)更新H2/O2子機理;(2)改進HCO/CH3/CH2O子機理反應(yīng)的速率常數(shù);(3)構(gòu)建新的C2-C3子機理;(4)改善大分子子機理。結(jié)果表明，使用優(yōu)化后的解耦法構(gòu)建的骨架氧化機理能夠準確預(yù)測各

4、類燃料的火焰?zhèn)鞑ニ俣取⒌蜏胤艧崧室约柏毴脊r下的滯燃期。
　　本文使用解耦法構(gòu)建了包括系列重烷烴、飽和脂肪酸甲基酯、丁醇異構(gòu)體、主要參比燃料(PRF)骨架氧化反應(yīng)機理數(shù)據(jù)庫。通過多種不同反應(yīng)器的實驗數(shù)據(jù)驗證，表明在寬廣工況下，所有燃料機理均能較好預(yù)測單一組分及其混合物的著火和放熱特性。由于當(dāng)前骨架機理結(jié)構(gòu)緊湊，可直接與多維CFD程序相耦合，用以預(yù)測實際發(fā)動機的著火、燃燒和排放特性。基于均質(zhì)壓燃(HCCI)發(fā)動機的實驗數(shù)據(jù)，對機理進

5、一步驗證，表明預(yù)測的缸內(nèi)壓力、放熱率，以及碳氫(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)排放，均與實驗值吻合得很好。
　　根據(jù)實用燃油主要成分的類別，分別選取正癸烷/異辛烷/甲基環(huán)己烷(MCH)/甲苯混合物，以及正癸烷/癸酸甲酯(MD)/5-癸烯甲酯(MD5D)混合物作為柴油和生物柴油的表征燃料，并重點依據(jù)相應(yīng)燃油的化學(xué)性質(zhì)，確定各成分含量。在此基礎(chǔ)上，使用改進解耦法構(gòu)建實用表征燃料的骨架氧化機理，基于寬廣工況范圍單一組分及其