二甲基醚/甲醇双燃料均质压燃燃烧数值模拟研究

摘要

均质充量压燃(HCCI)燃烧概念给出了实现内燃机高效、低污染燃烧的新途径，也是目前国际内燃机界的研究热点。着火时刻和燃烧反应速率的控制以及运行工况范围的拓宽是实际工作中应用HCCI的关键和难点。 本文提出了一种甲醇燃料高效清洁燃烧新技术，应用甲醇催化合成二甲基醚实现发动机燃用二甲基醚/甲醇两种燃料，通过控制两种燃料的比例来控制着火时刻和燃烧反应速度，使发动机在较大的工况范围内实现HCCI燃烧。甲醇催化合成二甲基醚的反应是放热反应，这些热量可以从发动机排气中得到。 作者主要负责利用CHEMKIN软件从理论上研究HCCI燃烧反应的动力学机理，研究边界条件变化对燃烧过程的影响，探讨控制着火时刻和燃烧反应速率以及拓宽HCCI工况范围的技术途径，为实际中控制双燃料的均质压燃燃烧提供理论指导。对二甲基醚/甲醇双燃料的均质压燃燃烧工况范围进行了理论计算，计算的工况范围与实测的工况范围相当一致。应用零维详细化学反应动力学模型，研究了二甲基醚/甲醇双燃料均质压燃氧化反应机理，研究分析了初始温度、甲醇浓度和二甲醚浓度对氧化反应的影响。结果表明，甲醇改变了二甲基醚低温反应途径，二甲基醚的低温和二次加氧过程反应受到抑制，CH3OCH2直接裂解(β-scission)起主导作用，二甲基醚与甲醇高温反应几乎同时进行。在详细反应动力学研究基础上，通过对二甲基醚/甲醇均质压燃燃烧反应途径和敏感性分析，构建了双燃料简化动力学模型。此模型包括27种产物和35个基元反应。结果表明，所提出的双燃料简化动力学模型与详细动力学模型计算结果相当吻合，简化模型在对着火时刻、缸内温度和压力计算结果与详细模型基本一致，简化机理对变初始温度和混合气浓度也有较好的预测能力，对着火时刻和温度峰值以及压力峰值的预测与实验结果相当一致。可应用于模拟双燃料HCCI燃烧过程。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1前言

1.2 HCCI的提出及其研究进展

1.2.1以柴油为燃料的HCCI发动机发展概述

1.2.2以汽油为燃料的HCCI发动机发展概述

1.2.3以代用燃料为燃料的HCCI发动机发展概述

1.3本文选题及意义

第二章计算软件及模型

2.1内燃机计算模型简介

2.2计算软件及模型

2.2.1 CHEMKIN简介

2.2.2 Senkin简介

2.2.3计算假设与控制方程

2.2.4热力学基础模型

2.2.5化学反应速率模型

2.2.6发动机模型

第三章二甲基醚/甲醇双燃料均质压燃详细机理研究

3.1计算结果与实验结果比较

3.1.1实验装置及设备

3.1.2压力曲线的比较

3.1.3双燃料HCCI运行工况范围的理论计算和实验结果

3.2二甲基醚/甲醇双燃料均质压燃氧化机理分析

3.2.1双燃料氧化机理分析

3.2.2初始温度对低温氧化过程的影响

3.2.3二甲基醚浓度对低温氧化的影响

3.2.4甲醇浓度对低温氧化的影响

3.3边界条件对双燃料均质压燃反应过程的影响

3.3.1初始温度的影响

3.3.2二甲基醚浓度的影响

3.3.3甲醇浓度的影响

3.4本章小结

第四章二甲基醚/甲醇双燃料均质压燃简化机理研究

4.1二甲基醚均质压燃化学动力学简化模型的研究

4.1.1简化的二甲基醚均质压燃燃烧反应机理分析

4.1.2二甲基醚HCCI简化机理验证

4.2甲醇均质压燃化学动力学简化模型的研究

4.3二甲基醚/甲醇双燃料均质压燃化学动力学简化模型的研究

4.3.1双燃料均质压燃简化机理研究

4.3.2简化机理的适应性研究

4.4本章小结

第五章结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

附录一 均质压燃化学动力学简化模型

附录二 二甲基醚/甲醇双燃料均质压燃化学动力学简化模型

致谢