柴油燃料替代混合物低溫燃燒機(jī)理數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究.pdf

1、本文以簡(jiǎn)化動(dòng)力學(xué)模型耦合三維 CFD(KIVA3v-r2)數(shù)值模擬為主要手段,結(jié)合試驗(yàn)研究,對(duì)柴油燃料替代混合物低溫燃燒(LTC)的燃燒機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究,揭示了不同進(jìn)氣氧濃度條件下低溫燃燒過程和主要排放物生成、氧化機(jī)理以及噴油策略對(duì)燃燒與排放的影響。
　　本文首先使用不同柴油替代混合物與真實(shí)柴油進(jìn)行燃燒試驗(yàn)研究,其進(jìn)氣氧濃度從21％變化到10%,詳細(xì)對(duì)比了柴油及其不同替代混合物在不同氧濃度條件下的滯燃期及主要排放物。結(jié)果表明:進(jìn)

2、氣氧濃度越低,甲苯推遲著火時(shí)刻的作用越明顯。不同柴油替代物對(duì)燃燒及排放的影響在低氧濃度下的差別更大，TRF20/正己烯(95/5vv)在不同氧濃度條件下其燃燒放熱規(guī)律及有害排放物與柴油都非常接近,可以作為柴油替代混合物。
　　以TRF20/正己烯(95/5vv)為對(duì)象,研究了柴油替代物燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理,結(jié)果表明,其低溫反應(yīng)階段庚烷基的兩次加氧產(chǎn)物分解生成羥基,甲苯則將非常有活性的自由基(OH?或 H?)消耗,生成了活性非常弱的芐

3、基(C6H5CH2?),推遲反應(yīng)速率,正己烯的裂解反應(yīng)增加了乙烯、乙炔的生成路徑,高溫反應(yīng)階段主要是CO的生成與氧化過程,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建并驗(yàn)證了一個(gè)新的由67種物質(zhì),135個(gè)反應(yīng)組成的,包括NOx及PAHs的TRF/正己烯燃燒簡(jiǎn)化動(dòng)力學(xué)模型。本文應(yīng)用該簡(jiǎn)化動(dòng)力學(xué)機(jī)理與三維CFD耦合模型,以進(jìn)氣氧濃度11%為例分析了LTC燃燒機(jī)理,結(jié)合試驗(yàn)研究對(duì)不同進(jìn)氣氧濃度下的柴油機(jī)燃燒過程及排放進(jìn)行計(jì)算分析,著重分析了PAHs生成機(jī)理及其碳煙排放。結(jié)

4、果表明:隨著進(jìn)氣氧濃度的降低,NO和NO2都有所降低,但 NO的降低幅度大于 NO2的降低幅度,NO在NOx中所占的比例隨進(jìn)氣氧濃度的降低而減小;碳煙最終排放呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),先上升主要是由于碳煙氧化量的降低,而后下降是由于生成量的大量減少。芘(A4)具有和碳煙相同的變化趨勢(shì),選用A4為碳煙前驅(qū)物時(shí),在不同進(jìn)氣氧濃度下都能比較準(zhǔn)確地描述碳煙的生成規(guī)律。
　　最后,本文應(yīng)用該耦合模型研究了噴油策略對(duì)燃燒及排放的影響。結(jié)果表明:

5、低溫燃燒下隨著噴油壓力的增加或噴油時(shí)刻的提前碳煙排放明顯降低,NOx排放有所增加。在后噴參數(shù)優(yōu)化策略中,存在一個(gè)最佳的后噴油量和后噴時(shí)刻區(qū)間。在保持循環(huán)噴油量不變的情況下,隨著后噴油量增加或主后噴間隔增加,碳煙呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì)。后噴燃油也會(huì)產(chǎn)生碳煙,但同時(shí)使得缸內(nèi)溫度升高,缸內(nèi)湍動(dòng)能增加,這更有助于碳煙的氧化,更重要的是合理的后噴參數(shù)使燃燒區(qū)OH基的濃度大量增加,而OH對(duì)碳煙的氧化有很重要的作用,即后噴燃油降低碳煙的主要原因是加