采用并行计算和简化机理的高辛烷值燃料HCCI燃烧过程的数值模拟

摘要

均质充量压燃（HCCI）是发动机燃烧技术的一个重大进步，在内燃机节能和减排方面有很大潜力。随着发动机排放法规的日益严格和对发动机经济性的要求越来越高，HCCI燃烧技术逐渐引起了内燃机界的高度关注，有关HCCI燃烧的研究逐渐由理论向数值模拟及实验扩展和延伸。在HCCI燃烧过程中，化学动力学对自燃着火起控制作用，人们对化学动力学机理的研究也愈加详细与深入，对燃烧过程的预测则更为准确。 本文采用主要参比燃料正庚烷与异辛烷氧化的化学动力学反应机理，利用CHEMKIN化学动力学软件包进行敏感性分析，优化反应速率常数，并与详细反应机理进行对比；然后将此化学动力学模型嵌入三维流体力学程序中，取代传统内燃机三维数值模拟中的简化燃烧模型，建立HCCI发动机的三维 CFD耦合详细化学动力学模型，模拟汽油均质压燃的燃烧过程，并将数值模拟结果与实验结果进行对比。结果表明，在运行工况相同的情况下，模拟得出的缸内温度和燃烧相位的关系与实验结果比较吻合，证明三维CFD耦合详细化学反应动力学模型能够用于HCCI发动机燃烧过程的模拟计算。 在这个基础上利用此模型分别研究了进气温度、进气压力、壁温、转速、压缩比、EGR率以及当量比的变化对缸内温度、缸内压力的影响，并利用三维模拟结果对缸内三维流场、温度分布及浓度分布进行了详细分析。 通过对汽油替代燃料的HCCI燃烧过程的三维CFD耦合详细化学动力学的数值模拟研究，了解了不同参数变化对燃烧特性的影响，为HCCI发动机燃烧过程的优化提供了依据，具有一定的理论意义和实用价值。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:符号说明

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2 HCCI均质充量压缩燃烧的原理及特点

1.3 HCCI燃烧方式存在的主要问题及其解决方法

1.4 HCCI燃烧控制方法

1.5 HCCI燃烧计算模型

1.6化学动力学研究

1.7论文的主要内容

第二章化学动力学模型研究

2.1 CHEMKIN软件结构及原理

2.2化学动力学模型

2.3化学动力学反应机理

2.4敏感性分析

2.5优化化学动力学参数并验证模型有效性

第三章 三维CFD耦合详细化学反应动力学模型

3.1 FIRE软件的初始条件和推荐方程

3.2 Species Transport模块通用组分输运模型方程

3.3数学模型

3.4化学模型

3.5 FIRE与化学动力学的耦合

3.6并行计算

3.7计算结果及分析

第四章全文总结与工作展望

4.1全文总结

4.2展望

参考文献

致 谢