基于详细反应机理的RCCI燃烧数值模拟及燃烧影响因素分析

摘要

近年来，随着经济不断发展，人们的生活水平和环保意识不断增强。我国的汽车保有量不断增加，汽车作为一种交通工具在国内已经普及开来。随之而来的环境污染问题和能源消耗问题日益受到人们的关注。当前看来，反应活性控制压缩着火(RCCI)作为一种典型的低温燃烧方式，以其特有的超低排放和高热效率受到广泛关注。本文通过构建发动机气缸三维模型，结合详细化学反应机理，对RCCI燃烧过程进行模拟并对燃烧影响因素进行了分析。
　　首先，介绍和整理了发动机三维模型的建模理论。详细介绍了模拟使用的湍流模型、喷油模型、碳烟模型和化学反应模型。其次，基于开源CHEMKIN子程序库构建了RCCI燃烧零维多区模型，并在此模型的基础上对不同汽柴油比例、柴油喷油时刻对RCCI燃烧的影响进行了研究。第三，构建了RCCI三维燃烧模型，使用实验数据对模型计算结果进行了验证和校准。通过对比传统柴油机燃烧过程和RCCI燃烧过程，可以得出RCCI燃烧的高热效率和低排放的特性。最后，使用构建的三维燃烧模型，对不同汽柴油比例、进气温度、进气压力、两次喷油比例和发动机转速对RCCI燃烧过程的影响进行了研究。
　　结果表明，汽柴油比例对RCCI燃烧过程有着重要影响，汽油比例的大小影响了燃烧的稳定程度。进气压力提高能够提高发动机输出功率，降低CO和UHC排放，但增加NOx排放。进气温度升高提高了发动机峰值压力，高进气温度下增加NOx排放，低温下增加碳烟排放。两次柴油喷射量之比主要对点火正时产生影响。二次喷油量大，点火迟后，反之，点火提前。发动机转速对未燃碳氢排放量影响较大，转速较高时燃烧不够充分。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 能源问题

1．1．2 环境问题

1．2 新型燃烧理论的提出和发展

1．2．1 现有燃烧方式

1．2．2 RCCI燃烧国内外研究现状

1．3 本课题研究目的、方法、内容和意义

第二章 计算模型和研究方法

2．1 内燃机建模

2．1．1 零维(单区)模型

2．1．2 准维(多区)模型

2．1．3 多维模型

2．2 控制方程和数学模型

2．2．1 质量守恒方程

2．2．2 动量守恒方程

2．2．3 能量守恒方程

2．2．4 气相混合方程

2．2．5 流体连续性方程

2．3 湍流模型

2．4 喷油模型

2．4．1 喷嘴流动模型

2．4．2 油滴破碎模型

2．5 化学反应模型

2．6 碳烟模型

2．7 本章小结

第三章 RCCI燃烧零维多区模型

3．1 多区模型

3．1．1 反应机理

3．1．2 传热模型

3．1．3 喷油过程

3．1．4 计算过程

3．2 模型验证

3．3 影响因素分析

3．3．1 汽柴油比例的影响

3．3．2 柴油喷射时刻的影响

3．4 本章小结

第四章 汽油／柴油RCCI燃烧模拟

4．1 发动机参数和计算网格

4．2 汽油／柴油RCCI燃烧模型

4．2．1 化学机理

4．2．2 模型设置

4．2．3 模型验证

4．3 模拟结果分析

4．4 RCCI燃烧与传统柴油机燃烧对比

4．5 本章小结

第五章 RCCI燃烧影响因素分析

5．1 汽油／柴油混合比例对RCCI燃烧的影响

5．1．1 汽油比例对RCCI燃烧过程的影响

5．1．2 汽油比例对RCCI发动机性能的影响

5．1．3 汽油比例对一氧化碳排放量的影响

5．1．4 汽油比例对氮氧化物排放量的影响

5．1．5 汽油比例对碳烟排放量的影响

5．1．6 汽油比例对未燃碳氢化合物排放量的影响

5．2 进气压力对RCCI燃烧的影响

5．2．1 进气压力对RCCI燃烧过程的影响

5．2．2 进气压力对RCCI发动机性能的影响

5．2．3 进气压力对一氧化碳排放的影响

5．2．4 进气压力对氮氧化物排放量的影响

5．2．5 进气压力对碳烟排放的影响

5．2．6 进气压力对未燃碳氢排放物的影响

5．3 进气温度对RCCI燃烧的影响

5．3．1 进气温度对RCCI燃烧过程的影响

5．3．2 进气温度对RCCI发动机性能的影响

5．3．3 进气温度对一氧化碳排放的影响

5．3．4 进气温度对氮氧化物排放量的影响

5．3．5 进气温度对碳烟排放的影响

5．3．6 进气温度对未燃碳氢排放物的影响

5．4 两次喷油比例对RCCI燃烧的影响

5．4．1 喷油比例对RCCI燃烧过程的影响

5．4．2 喷油比例对RCCI发动机性能的影响

5．4．3 喷油比例对一氧化碳排放量的影响

5．4．4 喷油比例对氮氧化物排放量的影响

5．4．5 喷油比例对碳烟排放的影响

5．4．6 喷油比例对未燃碳氢排放物的影响

5．5 发动机转速对RCCI燃烧的影响

5．5．1 发动机转速对RCCI燃烧过程的影响

5．5．2 发动机转速对RCCI发动机性能的影响

5．5．3 发动机转速对一氧化碳排放的影响

5．5．4 发动机转速对氮氧化物排放的影响

5．5．5 发动机转速对碳烟排放的影响

5．5．6 发动机转速对未燃碳氢排放量的影响

5．6 本章小结

第六章 全文总结及工作展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况