HCCI燃烧爆震起源的大涡模拟耦合化学动力学计算研究

摘要

本文用大涡模拟耦合复杂化学反应动力学的方法对HCCI 汽油机中的爆震燃烧过程进行了研究。模拟结果表明，采用LES的三维CFD 耦合化学反应动力学方法可以解析出HCCI 汽油机燃烧过程中细致的湍流、组分、温度和压力分布。在壁面传热与湍流交互的作用下，在燃烧室内出现了温度略高的局部热点，形成了多点自燃。三维燃烧场显示，HCCI 燃烧的爆震现象起源于可燃混合气中微小不均质性导致的燃烧室内随机多点自燃。这种多点自燃是由于高温氧化（HTO）和低温氧化（LTO）放热速率的明显差异所引起的。由于HTO 反应迅速（微秒级）而LTO 反应较慢（毫秒级），在压缩上止点附近燃烧室内多点进入HTO 阶段，而其他区域仍处于LTO 阶段，HTO 接近定容放热，迅速到达绝热火焰温度，在燃烧室中产生多个显著的压力梯度，从而产生了压力波。压力波在燃烧室中的传播、反射和叠加引起了压力震荡，由于压力波在气缸内中反射被聚焦，在气缸中心的压力波振幅最大，破坏性更强。