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甲醇/PODE双燃料化学反应机理模型研究
| 论文题名： | 甲醇/PODE双燃料化学反应机理模型研究 |
| 关键词： | 汽车发动机;燃烧特性;甲醇;聚甲氧基二甲醚;化学动力学 |
| 摘要： | 随着我国庞大的汽车保有量带来的石油供需矛盾以及汽车尾气排放造成的大气污染问题日益凸显，煤基代用燃料的发展和新型燃烧技术的开发已成为近年来的研究热点。高辛烷值的甲醇与高十六烷值的聚甲氧基二甲醚（Polyoxymethylene dimethyl ethers，PODE）都属于高含氧量的煤基燃料，两者有效的组合燃烧对内燃机节能减排具有重要现实意义。目前，关于甲醇/PODE双燃料化学动力学机理模型的研究尚未涉及。因此，本文基于解耦思想构建了甲醇/PODE双燃料化学动力学简化模型，并对构建的机理进行优化和验证分析。 本文以甲醇和PODE3作为表征燃料，构建了甲醇/PODE双燃料化学动力学简化模型。首先，基于反应路径分析，联合直接关系图法、敏感性分析法等机理简化方法对详细的PODE3反应机理进行了简化，得到PODE3综合燃烧简化反应模型（71/316）；其次，以甲醇详细反应机理和从PODE3简化反应机理中提取的小分子反应共同作为双燃料机理的核心部分；最后，将双燃料核心机理与PODE3简化子机理、氮氧化物（Nitrogen oxides，NOx）生成机理和多环芳烃（Polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）生成机理耦合获得甲醇/PODE双燃料简化反应机理（101/473）。同时，分别对甲醇、PODE3在低温和高温下的反应路径进行了梳理。加氧反应是甲醇和PODE3在低温下消耗的主导因素，而高温下燃料的消耗主要依赖于活性自由基的进攻及燃料的热解；此外，发现PODE在燃烧过程中不存在由C-C构成的烯烃的生成路径，揭示了PODE能有效降低柴油机碳烟排放的内在机制。 基于基础反应器实验数据以及滞燃期、火焰速度敏感性评价体系，通过调整若干关键反应的速率参数对甲醇/PODE双燃料化学动力学简化机理进行了优化。使用CHEMKIN-PRO软件的不同反应器模型对双燃料机理的滞燃期、层流火焰速度、关键组分浓度及均质充量压燃（Homogeneous charge compression ignition，HCCI）燃烧参数进行了计算和验证。结果表明，相比于优化前，优化后的甲醇/PODE双燃料简化反应机理对当量比为0.5~1.5、压力为1.0~1.5MPa时PODE3在快速压缩机中的滞燃期、标准大气压下PODE3预混层流火焰中重要物质的浓度及层流火焰传播速度的预测准确性得到提高；同时，甲醇在激波管中的滞燃期、流反应器中的氧化进程和层流燃烧速度也被较好的再现；最后，不同燃料当量比下PODE3的HCCI燃烧缸压和放热率的计算结果与实验数据吻合较好，进一步验证了该双燃料简化机理具有较高的可靠性，为双燃料缸内燃烧的计算流体动力学（Computational fluid dynamics，CFD）数值仿真工作奠定了基础。 |
| 作者： | 高婉莹 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理 |
| 导师： | 孙平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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