柴油替代燃料碳煙生成機理數(shù)值模擬與試驗研究.pdf

1、發(fā)展詳細準(zhǔn)確的碳煙生成機理對柴油機碳煙排放控制具有十分重要的理論意義和實用價值。構(gòu)建包含柴油所有組分的詳細動力學(xué)機理是不現(xiàn)實的，而采用替代燃料來表征柴油的某些重要組分是當(dāng)前一個行之有效的方法。本文通過CFD耦合化學(xué)動力學(xué)的數(shù)值模擬與試驗研究相結(jié)合的方法，開展柴油替代燃料碳煙生成機理的研究。
　　本文首先搭建KIVA-CHEMKIN數(shù)值模擬平臺，采用塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成技術(shù)對三維模型進行離散化處理，利用余隙-側(cè)隙容積法對網(wǎng)格模型進行壓縮

2、比補償，并在實際發(fā)動機工況下對其進行了可行性驗證。隨后采用“半解耦”思想構(gòu)建了一個包含111種組分和542個反應(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，并提出了一個最敏感反應(yīng)的評價體系。丁基苯子機理則通過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)圖對該模型的關(guān)鍵動力學(xué)參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整。驗證結(jié)果表明:優(yōu)化后的動力學(xué)模型在滯燃期、層流火焰速度、組分濃度和HCCI發(fā)動機等方面均能夠與試

3、驗結(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。
　　在一臺四缸高速柴油機上開展四種不同柴油替代燃料的DICI試驗，對比研究不同燃料的燃燒和排放性能表現(xiàn)情況，并對碳煙粒徑分布進行了分析。結(jié)果表明:甲苯或丁基苯的加入都會使混合燃料的滯燃期延長，但摻混相同比例丁基苯對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)動機常用工況下與柴油更加接近，尤其是核態(tài)顆粒。
　　為了進一步闡明不同替代燃料的碳煙生成機理，采用CFD計算程序耦合BRF-PAH簡化機理進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)值模擬計算。結(jié)果表明:預(yù)測結(jié)果能夠與試驗結(jié)果保持一致;丁基苯或甲苯的添加促進了PAH和碳煙的生成，同時也改善