二甲醚纯燃料与二甲醚/液化石油气混合燃料均质压燃燃烧模拟研究

摘要

随着人们对能源短缺和环境保护的日益关注,降低发动机的能源消耗和排放成为发动机开发的两个主要问题.均质充量压缩着火(HCCI)燃烧方式能有效地降低发动机的NO<,x>和碳烟排放,实现发动机高效低污染的燃烧,近年来日益受到人们的重视.但HCCI燃烧很难在宽广的负荷运行范围内对着火和燃烧进行控制.根据HCCI燃烧方式中燃料的着火和燃烧受其氧化反应的化学动力学控制的观点,本文基于燃料氧化的化学动力学理论,采用数值模拟和试验研究相结合的方法研究了纯燃料二甲醚(DME)和二甲醚/液化石油气(DME/LPG)混合燃料HCCI着火和燃烧特性.1.通过改造柴油机进气系统,在2135柴油机上试验研究了二甲醚燃料的HCCI燃烧和排放特性.2.利用改进的HCT程序采用单区燃烧模型和详细化学反应动力学机理对二甲醚HCCI燃烧进行了数值模拟,并考察了燃料氧化的化学反应动力学模型和壁面传热对计算结果的影响.3.采用反应流分析方法对二甲醚氧化反应动力学机理在HCCI燃烧边界条件下的反应历程和反应放热机理进行了分析.4.数值模拟研究了燃空当量比、进气充量温度、压缩比、发动机转速和EGR等参数对二甲醚HCCI燃烧的影响.5.针对二甲醚HCCI燃烧着火太早燃烧太快的缺点,根据燃料设计理论,采用高十六烷值燃料DME与高辛烷值燃料LPG混合形成混合燃料以控制HCCI着火和燃烧,拓宽发动机的负荷运行范围,并采用数值模拟方法进行了研究.通过构建DME/LPG混合燃料的化学反应动力学机理,采用单区燃烧模型对DME/LPG混合燃料的HCCI燃烧模拟研究表明:DME/LPG双燃料表现出明显的两阶段放热特性.混合燃料中DME浓度或LPG浓度对混合燃料的HCCI着火和燃烧具有显著影响.低温放热峰值大小及着火时刻取决于DME浓度,而高温放热阶段与LPG浓度关系密切.DME/LPG混合燃料的HCCI着火存在最低DME浓度,且随燃料总热量增大而增大.在燃料完全燃烧情况下,指示平均有效压力随LPG浓度增大而增大.6.模拟研究表明,采用燃料设计方法可以控制HCCI着火和燃烧,拓宽HCCI发动机的负荷运行范围.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2 HCCI燃烧试验研究概况

1.2.1 HCCI燃烧特性试验研究概况

1.2.2 HCCI燃烧光学试验研究概况

1.3 HCCI燃烧模拟研究现状

1.3.1单区模型

1.3.2多区模型

1.3.3 CFD/多区模型

1.3.4多维CFD模型

1.3.4其它模型

1.3.5国内HCCI燃烧模拟研究现状

1.4燃料氧化的详细反应机理研究概况

1.5本文的研究目的与研究内容

第二章HCCI燃烧数值模拟方法

2.1引言

2.2控制方程

2.2.1气相化学反应动力学控制方程

2.2.2控制方程的离散与求解

2.3化学反应动力学计算

2.4内燃机缸内模型及发动机性能参数计算

2.5本章小结

第三章二甲醚HCCI燃烧试验与模拟研究

3.1引言

3.2二甲醚燃料特性

3.3二甲醚HCCI燃烧试验研究

3.3.1试验装置

3.3.2试验结果及分析

3.4二甲醚HCCI燃烧模拟研究

3.5 HCCI燃烧模拟精度影响因素分析

3.5.1详细化学反应机理的影响

3.5.2壁面传热的影响

3.6本章小结

第四章二甲醚HCCI燃烧化学反应动力学详细机理分析

4.1引言

4.2二甲醚氧化反应机理发展历史

4.3二甲醚HCCI燃烧详细反应机理分析

4.4二甲醚HCCI燃烧高温反应机理分析

4.4.1高温裂解反应

4.4.2脱氢反应

4.4.3 OH自由基的形成

4.4.4 CO和CO2的形成机理

4.5二甲醚HCCI燃烧反应放热机理分析

4.6本章小结

第五章二甲醚HCCI燃烧影响变参数模拟研究

5.1引言

5.2运行参数对二甲醚HCCI燃烧的影响

5.2.1充量内部加热对着火特性的影响

5.2.2燃空当量比对燃烧特性的影响

5.2.3进气充量温度对燃烧特性的影响

5.2.4压缩比对燃烧特性的影响

5.2.5发动机转速对燃烧特性的影响

5.2.6 EGR对燃烧特性的影响

5.3本章小结

第六章燃料设计及其HCCI燃烧模拟研究

6.1引言

6.2燃料设计方法

6.3 DME/LPG混合燃料HCCI燃烧模拟

6.3.1 LPG燃料的特性

6.3.2 DME/LPG混合燃料详细反应机理

6.3.3 DME/LPG混合燃料的HCCI燃烧模拟与验证

6.3.4 DME/LPG混合燃料HCCI燃烧反应机理分析

6.4 DME/LPG混合燃料不同燃料浓度对HCCI燃烧特性的影响

6.4.1 LPG浓度对着火正时的影响

6.4.2 DME浓度对着火正时的影响

6.4.3等热量时LPG浓度对着火正时的影响

6.4本章小结

第七章全文总结和工作展望

7.1全文总结

7.2工作展望

参考文献

附录1二甲醚氧化反应子机理

附录2丙烷和正丁烷氧化反应子机理

作者在站期间的工作和发表的论文

致 谢