醇醚双燃料HCCI燃烧机理研究.pdf

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1、第l期(总第210期)车用发动机No．1(SerialNo．2l0)2014年2月VEHICIEENGINEFeb．2O14醇醚双燃料HCCI燃烧机理研究陈鹏，孟忠伟，张煜盛，闫妍，吴怡(1．西华大学交通与汽车工程学院，四川成都610039；2．华中科技大学能源动力工程学院，湖北武汉430074)摘要：采用敏感度分析法对二甲醚(CH。OCH。)、甲醇(CH。OH)详细机理进行简化，构建可用于均质压缩燃烧(HCCI)过程的二甲醚一甲醇简化动力学模型，包括38个物种和99个基元反应，特别添加了非常规排放物甲醛(CHzO)、甲酸(HCO：H)和甲酸甲酯(CH。OCHO)的生成子模型。应用该简化机理模

2、型对甲醇HCCI发动机的燃烧与排放特性进行的算例分析表明，简化机理模型在燃烧放热特征时刻、燃烧累积热效应以及发动机缸内温度和压力曲线的预测值均与详细模型的计算值较为吻合，计算时间缩短，为提高化学反应流多维数值模拟的计算效率奠定了基础。关键词：二甲醚；甲醇；均质压燃；化学动力学模型DOI：10．3969／j．issn．1001—2222．2014．01．004中图分类号：TK421．2文献标志码：B文章编号：10012222(2014)01—0018—05均质充量压缩点火(HCCI)燃烧综合了传统柴理，共包括97个物种和508个基元反应。但根据数油机和汽油机的燃烧方式，集两者的优点于一体，具值模

3、拟计算可以发现，化学反应机理越多，计算机求有燃烧效率高、排放低等优点，被认为是满足未来严取反应化学项的时间和占据的计算比例就越大，会格排放法规的重要技术手段，是内燃机燃烧技术的直接影响数值模拟的计算效率。重大进步口]。二甲醚特殊的理化性质决定了其具有目前通常是将详细化学反应机理应用在零维或出色的均质压燃特性，但由于其过快的燃烧速度，二一维燃烧模型的耦合计算方面，而需要与多维燃烧甲醚的HCCI燃烧工况范围十分狭窄，负荷只能达模型进行耦合时，都会将复杂的详细化学反应机理到原机1O左右l_2]，采用双燃料燃烧模式是控制模型进行一定程度的简化，剔除其中对化学反应影HCCI燃烧过程以及拓宽其工况范围的有

4、效技术手响较小的次要反应，获得重要的骨干机理并建立新段l4。。甲醇燃料具有较大的汽化潜热和较高的辛型简化机理模型。烷值，能够抑制二甲醚的快速燃烧，所以将这2种燃本研究通过Chemkin4．0计算软件的敏感度料结合起来可以进行更加深入和详细的HCCI研分析方法，在二甲醚、甲醇原有详细机理模型的基础究。由于HCCI燃烧受化学动力学影响显著，对其上，构建出一个包含38个物种99个基元反应的新燃烧机理的研究一直是HCCI领域的研究热点]。模型，并针对实验需求，在机理中添加了甲醛、甲酸本研究主要从数学模拟方面对二甲醚、甲醇的化学和甲酸甲酯的生成子模型。同时在简化与详细机理机理进行分析，通过合理的简化计算

5、得到双燃料对比计算分析的基础上，验证了简化机理的有效性，HCCI燃烧简化模型，从而提高其燃烧模拟的计算并藉此对二甲醚一甲醇HCCI发动机的燃烧过程进效率。行数值模拟研究。1二甲醚、甲醇简化动力学模型2计算结果与讨论研究所使用的双燃料详细机理分别是华中科技2．1数值建模及其边界条件大学提出的二甲醚燃烧机理E。以及普林斯顿大学提Chemkin4．0计算软件包提供了单独的均质压出的甲醇详细化学反应，在剔除了某些重复机理燃发动机计算模块，其中内嵌零维单区燃烧模型。整合后得到了二甲醚一甲醇双燃料详细化学反应机研究对象以试验采用的ZS195直喷式柴油机为模收稿日期：2013-07—09；修回日期：2013

6、-1018基金项目：国家自然科学基金项目(20777023，51106130)；四川I省教育厅自然科学项目(10ZB078，12ZB138)；西华大学重点科研项Et(Z1120320，Z11203l9)作者简介：陈鹏(1986一)，男，硕士，从事汽车燃料与排放控制技术的研究；chenpeng0527@126．com。2014年2月陈鹏，等：醇醚双燃料HCCI燃烧机理研究型，燃料供给改由进气道喷入甲醇以实现HCCI模负温度系数区，第三阶段则是高温热焰反应。在负式。考虑到甲醇的十六烷值低，无法直接进行压燃，温度系数区域，中间产物包括CHO，H。O以及需采用进气加热措施，因此，将计算初始温度定为CO

7、等，物质的浓度几乎不变，生成速率很低。380K，保证甲醇正常压燃。模拟计算的始点定为进气门关闭时刻，即上止点前137。曲轴转角，计算过程从进气门关闭时刻开始至排气门打开结束。结合原型机缸压实测数据与准维燃烧模型的计算结果，初始压力确定为0．1MPa。计算中过量空气系数()取值范围为2～6。传热模型采用Chemkin自带的Woschni传热公式。由于二甲醚和甲醇以不同的混合比进入气缸，所以定义甲醇过