基于CHEMKIN的HCCI燃烧过程的数值模拟研究

摘要

随着经济的发展带来的能源短缺与环境污染等问题的出现,内燃机新的燃烧方式与新能源的研究开发已成为当今内燃机工作者新的研究课题。
　　 均质充量压缩燃烧(HCCI)方式兼顾常规压燃式发动机和点燃式发动机的优点。它具有高的热效率,燃油经济性好,并且在较高的空燃比时具有降低PM排放的潜力,由于低的燃烧温度,可以降低Nox的排放,它符合清洁排放的要求,有高的效率。
　　 在均质压燃(HCCI)内燃机中,燃烧主要由化学反应动力学控制。研究这种情况下燃料燃烧的化学反应机理、燃烧特性以及影响因素对了解和控制HCCI有很显著的意义。本文运用单区、多区无质量交换模型结合美国Reaction Design公司主持研究开发的化学反应动力学软件CHEMKIN。研究了正庚烷、异辛烷二组分汽油参比燃料(PRF),异辛烷、正庚烷、甲苯三组分汽油参比燃料(TRF)和异辛烷、正庚烷、甲苯、二异丁烯四组分汽油参比燃料(DIB),比较了三者燃烧情况及抗暴指数对燃烧过程的影响;采用Andrae等人发现的甲苯--基础燃料的半简化机理作为汽油参比燃料机理,分析了异辛烷、正庚烷、甲苯三者的氧化过程,利用多区无质量交换模型研究了汽油参比燃料HCCI的燃烧特性,并与单区模型作了比较,数值模拟结果与实验值的对比显示此模型和机理能基本反映汽油在真实HCCI下的燃烧情况;利用CHEMKIN多区有质量交换模型分析了缸内各区之间燃烧与质量交换的情况,并具体介绍了质量的交换与传递方法。最后基于CH4燃料,研究了进气温度、压力、压缩比、转速及添加剂、EGR对燃烧过程的影响。
　　 结果表明,同组分参比燃料的抗暴指数越大,着火越延迟,甲苯、二异丁烯能促进着火,在允许的范围内,选择适当的进气温度、压力、压缩比、转速、添加剂及EGR等影响因素,有利于HCCI燃烧与排放;燃料的反应机理对燃烧起到关键作用,合理的机理更能体现真实燃料的燃烧情况;与单区模型比较,多区模型没有单区模型的陡升和急转的缺点,能较好地反映缸内真实燃烧过程;有质量交换的多区模型把区之间的质量交换等物理现象考虑了进去,模型功能更加强大,提高了模型预测缸内燃烧过程与排放的能力,使结果更加接近于发动机缸内真实燃烧情况。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录、注释表

致谢

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 HCCI的特点

1.3 HCCI燃烧方式国内外研究现状及存在问题

1.3.1 该课题在国内外的概况

1.3.2 HCCI燃烧方式目前存在的问题

1.4 本文研究的主要内容

第二章 发动机建模与CHEMKIN程序介绍

2.1 发动机模型介绍与分类

2.1.1 单区模型

2.1.2 多区模型

2.1.3 多维模型

2.2 软件介绍

2.2.1 软件运行流程及相关联文件

2.2.2 程序的使用和运行

2.3 程序模型

2.4 几何模型的建立

第三章 汽油参比燃料在均质压燃内燃机中燃烧特性的模拟研究

3.1 引言

3.2 汽油抗暴指数对缸内燃烧的影响

3.2.1 初始条件的设定

3.2.2 结果与分析

3.3 汽油参比燃料在无质量交换多区模型中的燃烧模拟

3.3.1 引言

3.3.2 初始条件

3.3.3 机理

3.3.4 结果分析

3.4 结论

3.5 未来工作展望

第四章 CHEMKIN有质量交换多区模型及气体的交换与传递

4.1 引言

4.2 初始条件的设定

4.3 发动机的建模

4.4 机理

4.5 质量交换与传递的方法及分析

4.5.1 质量交换与传递的方法

4.5.2 质量交换与传递的分析

4.6 有质量交换的多区模型缸内燃烧情况

4.7 有质量交换多区模型缸内排放分析

4.7.1 引言

4.7.2 排放分析

4.8 总结

第五章 CH4在均质压燃内燃机中燃烧特性的模拟研究

5.1 引言

5.2 进气温度、压力与压缩比等参数的影响

5.2.1 初始条件

5.2.2 不同进气温度的影响

5.2.3 进气压力影响

5.2.4 压缩比的影响

5.2.5 转速的影响

5.2.6 总结

5.3 氢气添加剂对着火正时的影响

5.3.1 引言

5.3.2 模型和初始条件

5.3.3 结果与讨论

5.3.4 结论

5.4 总结

第六章 全文总结与今后工作建议

6.1 全文总结

6.2 今后工作建议

参考文献