正庚烷低温氧化机理构建及缸内燃烧过程模拟
高强化柴油机广泛应用于对功率密度有较高要求的工程车辆及特种车辆，在高强度状态下，为了保证机体的强度，柴油机常采用更小压缩比，导致压缩行程末期缸内温度较低，给柴油机的着火、冷起动和低温稳定工作带来挑战。深入探究柴油的低温燃烧过程对指导高强度柴油机的冷机工作策略开发有理论意义。 柴油包含多种组分，常采用标志燃料研究其燃烧机理。正庚烷具有和柴油相近的十六烷值，常被用于预测柴油着火过程。本文基于气相动力学分析软件CHEMKIN-Pro研究了正庚烷的低温氧化过程中主要基元的时间历程、冷热焰转化及着火延迟，构建了69种基元、102步反应的简化机理，并以此为基础研究了零维单区的柴油机燃烧过程。 对比研究了被广泛认可的12种正庚烷氧化机理，基于文献数据分析了这些机理在不同温度、压力与当量比条件下预测的基元浓度时间历程以及滞燃期。结果表明，美国劳伦斯国家实验室(LLNT)Seiser的详细反应机理在低温条件下具有最为准确的预测精度，威斯康星大学麦迪逊分校Patel的简化反应机理在高温环境下表现较好，其余机理的预测精度有所不足。 基于正庚烷低温氧化过程的仿真分析，确定了最为核心的基元反应组成骨架机理，通过产率分析、敏感性分析和路径分析加入对冷热焰转化具有较大影响的关键基元反应作为机理主体，基于敏感性分析加入对负温度系数区及热焰产生具有较大影响的高温氧化反应作为补充，获得了包含102步反应的“BJT简化机理”。该机理在初始温度600-900K范围内与LLNL详细机理的滞燃期预测结果极度吻合，900-1000K时，滞燃期偏差略大，最大误差不大于11%。 基于IC反应器模型，耦合BJT简化机理，对柴油的低温缸内燃烧过程进行模拟分析。仿真结果表明，进气温度升高则对低温氧化反应中特有产物相关反应产生抑制作用，同时促进高温氧化反应速率，则出现着火提前且放热量增加的现象；当量比的调整直接影响燃料及氧气含量，对燃料燃烧特性影响很大，过浓或过稀的混合气浓度都会导致着火时刻偏离上止点，影响正常燃烧及工作效率；而小范围内增强进气压力几乎不改变放热情况，对改善燃烧特性影响较小。
柴油机;正庚烷;低温氧化;化学反应机理;燃烧模拟
华北水利水电大学
硕士
机械工程
段俊法
2020
中文
TK421.2
2020-12-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）