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

1、實際石油基燃料（汽油和柴油）組分的復(fù)雜性及其理化特性的波動性，阻礙了燃燒化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)應(yīng)用研究的深入發(fā)展。隨著傳統(tǒng)柴油機與汽油機燃燒方式的統(tǒng)一化融合趨勢，燃料化學(xué)與燃燒邊界條件協(xié)同控制以實現(xiàn)發(fā)動機高效清潔燃燒的研究變得日益重要。形勢的發(fā)展需要就由多種典型烴類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)機理開展新的探索性研究。為此，本文以石油基表征燃料機理模型開發(fā)和壓燃式內(nèi)燃機燃用汽油類燃料兩個方面為出發(fā)點，從詳細(xì)反應(yīng)機理的低溫氧化

2、路徑特征、表征燃料模型的構(gòu)建方法，以及自動化多級機理簡化策略等多個層面開展燃料反應(yīng)動力學(xué)機理模型的綜合性研究。主要的研究內(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)裝置實驗，指出了當(dāng)前存在的問題及未來發(fā)展趨勢；回顧了詳細(xì)反應(yīng)機理簡化方法的發(fā)展概況，分析了各個流派的簡化理念；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內(nèi)外試驗成果；

3、全面歸納了適用于內(nèi)燃機的不同類別碳?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化及詳細(xì)反應(yīng)機理模型的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
　　（2）選擇了最具代表性的四種關(guān)系圖類簡化方法DRG，DRGEP，DRG-max和PFA，從理論內(nèi)涵、程序設(shè)計及實現(xiàn)、簡化算法算例等方面，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，通過對比分析了不同方法在篩選物種過程中物種塊聚集、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)化多級機理簡化策略，包含DRGEP方法、峰值濃度分析法、線性同異構(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)機理，構(gòu)建了一個新的適用于發(fā)動機CFD耦合計算的簡化機理模型。該簡化機理包含149個物種，414個反應(yīng)。將計算結(jié)果與激波管、快速壓縮機及增壓 HCC

5、I發(fā)動機實驗數(shù)據(jù)進行對比表明，在保持較小機理規(guī)模的前提下，對于著火滯燃期、缸內(nèi)壓力及排放特性的預(yù)測效果均較為理想。
　　（4）提出了一個包含正庚烷/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%，通過與HCCI發(fā)動機的瞬時及累積放熱率實測值對比表明，三組分柴油表征燃料模型提高了對低溫與高溫放熱峰值點的預(yù)測結(jié)果

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