柴油機(jī)低溫燃燒實(shí)現(xiàn)超低碳煙排放的機(jī)理研究.pdf

1、隨著世界范圍內(nèi)的內(nèi)燃機(jī)保有量日益增加，內(nèi)燃機(jī)排氣污染物對(duì)人類健康以及城市環(huán)境的破壞問(wèn)題也日益突出。排放法規(guī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)碳煙排放量以及碳煙顆粒尺寸的要求日益嚴(yán)格。柴油機(jī)低溫燃燒技術(shù)通過(guò)協(xié)同控制燃燒過(guò)程中混合與化學(xué)反應(yīng)參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高的熱效率與超低的碳煙排放。這要求更深入了解碳煙生成機(jī)理，提高CFD模擬計(jì)算的預(yù)報(bào)精度。
　　本研究以發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)研究為基礎(chǔ)，從前驅(qū)物氣相化學(xué)動(dòng)力學(xué)和顆粒動(dòng)力學(xué)兩方面構(gòu)建了適用于柴油機(jī)低溫燃燒過(guò)程中碳煙生成預(yù)報(bào)的

2、多步現(xiàn)象學(xué)碳煙模型MSP-CH?；趯?duì)碳煙生成機(jī)理的理解，乙炔在碳煙前驅(qū)物 PAH生成以及碳煙表面生長(zhǎng)過(guò)程中占有重要作用。因此在碳煙模型中耦合了乙炔化學(xué)動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)化模型，用以預(yù)報(bào)發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜燃燒環(huán)境下乙炔的生成歷程。修正的HACA機(jī)理作為碳煙生成的核心理論，描述氫原子解吸附-乙炔分子添加的碳煙表面生長(zhǎng)過(guò)程，并考慮了未燃碳?xì)渥杂苫鶎?duì)激活碳煙活化表面的作用。本研究提出了一個(gè)新的關(guān)于碳煙顆粒活化表面比例分?jǐn)?shù)αCH的表達(dá)式，綜合考慮了柴油機(jī)低溫燃燒

3、過(guò)程中混合氣濃度與溫度的分層分布對(duì)碳煙表面活化程度的影響，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)于不同混合氣分層燃燒過(guò)程中碳煙生成的預(yù)報(bào)。
　　研究結(jié)果表明，碳煙表面生長(zhǎng)是影響碳煙質(zhì)量積累的重要過(guò)程，而碳煙表面生長(zhǎng)速率主要取決于碳煙表面活化表面積的比例分?jǐn)?shù)αCH與單位面積生長(zhǎng)速率RCH。在柴油機(jī)低溫燃燒過(guò)程中，隨著EGR率增加，盡管碳煙前驅(qū)物的生成量增加，但是燃燒溫度降低使得RCH大幅減慢，這是導(dǎo)致碳煙表面生長(zhǎng)速率降低的主要原因，進(jìn)而影響最終的碳煙排放降低

4、?；旌蠚獠痪鶆虺潭葧?huì)促進(jìn)濃混合氣與未燃碳?xì)涞男纬?，使得αCH與RCH增加，這是導(dǎo)致碳煙表面生長(zhǎng)速率增加的主要原因，進(jìn)而導(dǎo)致碳煙的生成量增加。
　　在混合氣相對(duì)均勻的工況下，混合氣濃度以及αCH分布比較均勻，較高的αCH分布在低溫、濃混合氣的區(qū)域；隨著混合氣濃度不均勻程度增加，αCH出現(xiàn)在濃混合氣區(qū)域，而燃燒溫度對(duì)αCH分布的影響退居成為次要因素。
　　在柴油機(jī)“高密度-低溫”燃燒模式下重點(diǎn)研究了熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)、組分以及混合氣

5、濃度對(duì)碳煙生成特性的影響。增加充量密度可以有效的改善著火前混合氣的均勻程度，降低乙炔生成量的同時(shí)減小了碳煙表面的活化程度，使得碳煙表面生長(zhǎng)速率降低。同時(shí)提高充量密度增加了進(jìn)氣中氧氣的絕對(duì)量，加速了碳煙的氧化過(guò)程，有利于進(jìn)一步降低碳煙排放。
　　隨著初始氧濃度降低，乙炔的最大生成量降低；而燃燒后期乙炔的凈生成量保持在較高的水平上。由未燃碳?xì)洌ㄒ胰?、UHC自由基）濃度以及燃燒溫度共同決定的RCH降低，而濃混合促進(jìn)αCH增加。這樣使得碳