HCCI发动机燃烧过程的单区与多区模型数值研究

摘要

均质压燃着火（HCCI）燃烧方式的提出为实现发动机的高效燃烧和较低排放带来了新的技术手段，而数值模拟的方法凭借其出色的经济性和可靠性在HCCI发动机燃烧过程的研究中占据重要的地位。
　　本文以正庚烷为燃料，通过建立单区和多区燃烧模型对HCCI发动机的燃烧过程进行了全面的计算和分析。首先结合能量和质量方程及相关假设建立了HCCI单区燃烧模型，并耦合入正庚烷详细化学反应动力学机理，利用计算闭口系内均质气相化学反应动力学的程序SENKIN对特定初始条件下的单区模型进行求解，从而获得缸内温度、压力和放热率等参数在整个燃烧历程中的变化，并分别探讨了发动机进气温度、进气压力、当量比、废气再循环（EGR）、压缩比和转速等因素对于着火时刻和燃烧特性的影响。在单区模型的基础上通过加入分区模型、区间传质模型、缸壁散热模型和边界层厚度模型构建了HCCI多区燃烧模型，通过修改SENKIN对多区模型进行分离式计算，从而获得各区间温度、质量、组分和体积等参数的变化，并比较了多区模型中不同初始条件和子模型对于燃烧和排放指标的影响。最后通过选择合适的初始条件和子模型构成一个九区模型，针对一台HCCI发动机的着火和燃烧过程进行了计算和分析。
　　利用多区模型进行计算后发现：将内核心区进行细分对于燃烧特性影响不大，而将外核心区再次划分能小幅改善排放精度；加入缸壁散热模型和区间传质模型能更加准确地描述HCCI燃烧过程；减小缝隙区容积、提高缸壁温度能使燃烧更加充分并减少排放；HC主要产生于缝隙区与边界层区，CO主要来自边界层区与外核心区，NOx主要产生于内核心区。

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第1章绪论

1.1 研究背景

1.2 HCCI发动机燃烧特点

1.3 国内外HCCI发动机数值模拟研究进展

1.4 课题研究内容及意义

第2章 HCCI单区燃烧模型数值模拟

2.1 CHEMKIN软件简介

2.2 HCCI单区燃烧模型的建立

2.3 模拟结果及分析

2.4 本章小节

第3章 HCCI多区燃烧模型的建立和比较

3.1 HCCI多区燃烧模型的建立

3.2 子模型的比较与分析

3.3 本章小节

第4章 HCCI多区燃烧模型数值模拟

4.1多区燃烧模型

4.2 计算结果与分析

4.3 本章小结

第5章总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和申请的发明专利