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基于计算奇异摄动法的燃烧反应机理简化及其应用
| 论文题名： | 基于计算奇异摄动法的燃烧反应机理简化及其应用 |
| 关键词： | 汽车发动机;节能减排;PRF燃烧;燃烧过程;计算奇异摄动法 |
| 摘要： | 节能减排已经成为当前汽车行业的主流研究方向，而燃料的燃烧行为的研究则是实现节能减排非常关键的课题。但是内燃机燃料的详细化学动力学机理包含的组分和基元反应数目过多，使得在对内燃机工作过程进行数值模拟的难度大大增加，而单步反应机理又不能很好的对燃烧过程进行描述。因此，对详细反应机理进行简化就变得十分重要。传统的机理简化方法对研究者在化学动力学基础知识的储备以及研究经验都有较高的要求，所得到的简化机理也存在较多的主观因素。计算奇异摄动法（CSP, Computational Singualr Perturbation）从纯数学理论的角度出发将反应机理分成快模式和慢模式，从而达到将详细机理简化的目的。 本研究基于计算奇异摄动法，运用matlab编写了适用于对详细机理进行简化的计算机程序，并针对甲烷/空气含氮燃烧的详细化学动力学机理进行简化，得到包含36组分31步反应的简化机理，并将简化机理的计算结果与详细机理的计算结果进行对比，验证了简化机理的准确性。采用异辛烷和正庚烷两种燃料作为汽油的模拟燃料，详细机理选择ANASYS公司开发用于模拟汽油燃烧的980组分4972个基元反应的详细机理。首先采用直接关系图法（DRG, Direct relation graph）对机理进行初步简化，得到一个106组分525个基元反应的骨架机理，并验证骨架机理的准确性。接着采用计算奇异摄动法对骨架机理进行进一步简化，得到31个组分和78个基元反应的简化机理，并在Chemkin-pro软件的SI_engine反应器中验证了简化机理的准确性。将由计算奇异摄动法得到的简化机理、PRF（Primary Reference Fuel，基础参比燃料）燃烧模型和单步经验燃烧模型分别与内燃机的三维模型进行耦合计算，将计算得到的缸内压力、缸内温度、燃烧放热率和累计放热率等结果和台架试验测量结果进行对比。结果表明：采用简化机理和PRF燃烧模型对汽油机缸内燃烧过程数值模拟计算得到的结果与试验结果吻合良好，而采用单步经验燃烧模型计算得到的结果则与试验结果有较大的误差；从计算效率来看，采用单步经验燃烧模型计算效率最高，采用PRF燃烧模型的计算效率最低。证明由计算奇异摄动法得到的简化机理在对汽油机缸内燃烧过程进行数值仿真计算时，既能保证计算精度，也有较高的计算效率。 |
| 作者： | 赵晨陈 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 阮登芳;沈国峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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