基于計(jì)算奇異攝動(dòng)法的燃燒反應(yīng)機(jī)理簡(jiǎn)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(shí)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(dòng)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(duì)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(duì)燃燒過程進(jìn)行描述。因此，對(duì)詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行簡(jiǎn)化就變得十分重要。傳統(tǒng)的機(jī)理簡(jiǎn)化方法對(duì)研究者在化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的儲(chǔ)備以及研究經(jīng)驗(yàn)都有較高的要求，所得到的簡(jiǎn)化機(jī)理也存在較多的主觀因素。計(jì)算奇異攝動(dòng)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(jiǎn)化的目的。
　　本研究基于計(jì)算奇異攝動(dòng)法，運(yùn)用matlab編寫了適用于對(duì)詳細(xì)機(jī)理進(jìn)行簡(jiǎn)化的計(jì)算機(jī)程序，并針對(duì)甲烷/空氣含氮燃燒的詳細(xì)化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)理進(jìn)行簡(jiǎn)化，得到包含36組分31步反應(yīng)的簡(jiǎn)化機(jī)理，并將簡(jiǎn)化機(jī)理的計(jì)算結(jié)果與詳細(xì)機(jī)理的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了簡(jiǎn)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(gè)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(duì)機(jī)理進(jìn)行初步簡(jiǎn)化，得到一個(gè)106組分525個(gè)基元反應(yīng)的骨架機(jī)理，并驗(yàn)證骨架機(jī)理的準(zhǔn)確性。接著采用計(jì)算奇異攝動(dòng)法對(duì)骨架機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步簡(jiǎn)化，得到31個(gè)組分和78個(gè)基元反應(yīng)的簡(jiǎn)化機(jī)理，并在Chemkin-pro軟件的SI_engine反應(yīng)器中驗(yàn)證

4、了簡(jiǎn)化機(jī)理的準(zhǔn)確性。將由計(jì)算奇異攝動(dòng)法得到的簡(jiǎn)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(yàn)燃燒模型分別與內(nèi)燃機(jī)的三維模型進(jìn)行耦合計(jì)算，將計(jì)算得到的缸內(nèi)壓力、缸內(nèi)溫度、燃燒放熱率和累計(jì)放熱率等結(jié)果和臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：采用簡(jiǎn)化機(jī)理和PRF燃燒模型對(duì)汽油機(jī)缸內(nèi)燃燒過程數(shù)值模擬計(jì)算得到的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，而采用單步經(jīng)驗(yàn)燃燒模型計(jì)算得到的結(jié)果則與試驗(yàn)結(jié)果有較大的誤差；從計(jì)算