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发动机正丁醇-柴油燃烧碳烟前驱物的数值模拟研究
| 论文题名： | 发动机正丁醇-柴油燃烧碳烟前驱物的数值模拟研究 |
| 关键词： | 汽车发动机;正丁醇;柴油;混合燃料;化学动力学;碳烟前驱物;数值模拟 |
| 摘要： | 随着汽车保有量不断增加，能源短缺和环境污染问题也随之而来，因此就迫切需要寻找新型的代用燃料以实现柴油机的高效清洁燃烧。其中，正丁醇凭借自身的优势已被广泛应用于柴油机上，但是，其如何降低柴油机的碳烟生成机理尚未完全清楚。为此，本文通过发展一个正丁醇-柴油混合燃料燃烧化学机理，研究在柴油中添加正丁醇后对碳烟前驱物生成过程的影响。 首先，构建了包含101种组分和531个基元反应的正庚烷-甲苯-正丁醇-多环芳香烃简化动力学机理，并通过CHEMKIN软件对该机理进行点火延迟和组分浓度的验证。结果显示，该机理计算得到的甲苯/正庚烷混合物、正庚烷和正丁醇的滞燃期与试验数据吻合较好;其对乙烯、正庚烷、正丁醇预混火焰主要燃烧中间产物和碳烟前驱物的预测与试验数据基本吻合。 其次，为了探究正丁醇-柴油混合燃料碳烟前驱物的生成机理，利用CHEMKIN软件建立HCCI发动机模型，分析不同进气温度下碳烟前驱物苯(A1)、萘(A2)、菲(A3)、芘(A4)的主要反应路径。结果表明: 1)在燃烧初期（CA10时刻），大部分A1的生成主要依赖于苯酚与氢离子或A1-的反应，而A1的消耗路径较为单一，即大约有90％的A1在OH的作用下生成苯基;A2主要通过两个C5H5的聚合反应形成，在氧离子或OH的作用下被消耗掉;A3的生成路径在不同进气温度下都是一样的，即主要通过反应A1C2H-+A1=C4H3+A3生成，然后在氢离子或氧离子的作用下被消耗掉;A4在CA10时刻生成反应占主导作用，即大部分的A4通过A2-与A1的反应形成。 2)在燃烧中期（CA50时刻），A1的生成主要依赖于OC6H4CH3的分解反应，而大部分的A1主要通过分解反应A1=C4H3+ C2H3被消耗掉;约99.9％的A2通过A2-与氢离子的反应生成，大部分A2在氢离子或羟基的作用下生成A2-而被消耗掉;在进气温度为340K时，大部分A3的生成依赖于A3-和氢离子的反应，进气温度为310K和370K时，A2R5与C2H2的反应对A3的生成占主导作用，而A3在不同进气温度下的消耗路径是一样的，即大部分的A3通过反应A3+H=A3-+H2被消耗掉;A4在不同进气温度下的生成路径和消耗路径是一样的，即大部分的A4通过A2R5+C4H2=A4反应生成和A4+H=A1C2H+A1C2H-，A4+H=C2H2+A3-这两个反应被消耗掉，但在进气温度为340K时，A4的消耗反应占主导作用。 最后，为了进一步验证所构建机理的准确性，与发动机台架试验结果进行比对。结果发现，三维CFD耦合该简化机理计算得到的缸压和放热率值与试验数据吻合较好，从而验证了本文所构建机理的合理性。 |
| 作者： | 韦红玲 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 黄豪中 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广西大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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