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醇类添加剂及部分燃料分层对HCCI燃烧影响的数值模拟研究
| 论文题名： | 醇类添加剂及部分燃料分层对HCCI燃烧影响的数值模拟研究 |
| 关键词： | HCCI燃烧;多区模型;醇类添加剂;数值模拟 |
| 摘要： | 均质充量压缩着火(HCCI)作为一种高效、低温、低排放（尤其是NOx和碳烟）的第三种燃烧方式优势突出，结合了汽油机和柴油机的特点。但是HCCI燃烧主要受化学动力学控制，存在着火时刻难以控制，负荷稍高会出现爆震的问题。通过改变混合气燃料的性质来调节着火时刻具有操作简单、响应快等优点，有潜力成为控制HCCI燃烧的手段。本文就燃料在均质压燃条件下放热特点的不同，用两种方法拓展HCCI负荷范围，并对其进行了模拟计算。 第一种方法是在具有双阶段放热规律（低温放热和主燃烧）的柴油中添加辛烷值高的乙醇。通过掺混不同摩尔比例的乙醇来控制柴油HCCI的燃烧过程，其中柴油用正庚烷（n-Heptane）替代。利用多区模型数值模拟了掺混乙醇对放热率、最大压力升高率及排放的影响，比较了乙醇和EGR对柴油燃烧的影响作用。从化学动力学角度分析了添加乙醇后，柴油低温氧化反应中一些重要中间活性基OH、CH20、H202的变化。结果表明:随着正庚烷中掺混辛烷值高的乙醇摩尔比例的增加，低温放热始点和高温放热始点均有延迟，当量比为0.3掺混乙醇摩尔比例为57％时，低、高温放热始点分别延迟2.4°和6.3°，最大压力升高率降低。排放中的氮氧化物和CO的量减少。但是过多的掺混乙醇，会导致平均指示压力减小。 第二种方法采用具有单阶段放热规律（主燃烧）的汽油作为研究对象。利用化学气相动力学软件分析了不同进气压力、温度和外部EGR条件下，汽油燃料着火时刻与当量比（Φ）的关系。并结合CFD软件，建立发动机燃油喷雾模型。先预混大部分的燃料，然后在压缩冲程后期喷入少部分的燃料（最大不超过20％）实现部分燃料分层。通过改变喷油量和喷油时刻，研究部分燃料分层对汽油进气增压HCCI的影响。结果表明:汽油作为单阶段放热燃料，在自然吸气条件下着火时刻基本上不随Φ的变化发生改变，部分燃料分层不能降低敲缸强度。但是在增压条件下，着火时刻对Φ变得敏感，而且在进气温度降低的情况下这种现象更明显，部分燃料分层能够有效降低敲缸强度。依次增加喷入的油量和延迟喷油时刻，营造不同的缸内当量比分布，能够控制敲缸强度，拓展高负荷范围。 |
| 作者： | 朱素伟 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 江春梅 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 合肥工业大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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