柴油-甲醇二元燃料燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、柴油/甲醇二元燃料燃燒是緩解能源與環(huán)境雙重壓力的一種經(jīng)濟(jì)、高效、清潔的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模式。由于對這種燃燒模式中涉及到較為復(fù)雜和重要的燃料間燃燒化學(xué)耦合作用研究的缺失致使進(jìn)一步的燃燒分析遭遇障礙。本文采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)的方法,對柴油/甲醇參比燃料低溫氧化(自燃)和高溫氧化(燃燒)兩個(gè)方面分別進(jìn)行了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)層面的研究與探討。在此基礎(chǔ)上,建立并驗(yàn)證了可以用于柴油/甲醇二元燃料缸內(nèi)燃燒數(shù)值模擬的自燃與燃燒骨架機(jī)理。
　　在柴油/甲醇低溫氧化

2、的研究中選取正庚烷作為柴油的參比燃料,開展了甲醇/正庚烷的自燃特性的數(shù)值模擬分析。結(jié)果表明甲醇的加入對正庚烷的自燃有強(qiáng)烈的抑制作用。通過反應(yīng)路徑分析和貢獻(xiàn)率分析發(fā)現(xiàn),甲醇的加入改變了原正庚烷低溫氧化自由基池中OH·和HO2·自由基的生成與消耗。溫度為1000K以下時(shí),甲醇實(shí)際上將高活性的OH·轉(zhuǎn)化為不活躍的H2O2從而抑制OH·的增殖。當(dāng)溫度高于1000K時(shí)H2O2分解的能量壁壘被打破,甲醇對OH·的抑制作用消失,對自燃的抑制作用也隨即

3、消失,從數(shù)值上解釋了在發(fā)動(dòng)機(jī)和定容裝置中獲得的柴油引燃甲醇自燃的觀察結(jié)果。在此研究基礎(chǔ)上,將研究對象從甲醇擴(kuò)展到其他高辛烷值燃料,依照這些高辛烷值燃料對正庚烷自燃抑制作用原理的不同將它們歸類,總結(jié)并提出了高辛烷值燃料與高十六烷值燃料低溫氧化的一般原理。
　　在柴油/甲醇高溫氧化的研究中選取正庚烷作為理論當(dāng)量比條件下柴油的參比燃料,選取正庚烷/甲苯作為富燃條件下柴油的參比燃料。采用實(shí)驗(yàn)和模擬的手段研究了低壓層流預(yù)混火焰中甲醇的加入對

4、柴油參比燃料燃燒的影響。結(jié)果表明甲醇的加入無論在理論當(dāng)量比下還是在高當(dāng)量比下對柴油參比燃料的降解都沒有影響,但在富燃火焰中可觀察到多環(huán)芳香烴(PAHs)受到明顯的抑制。原因在于醇的加入一方面替代了一部分烴燃料,另外使參比燃料中的甲苯在中溫區(qū)被提前消耗,二者結(jié)合造成進(jìn)入高溫PAHs生成區(qū)的甲苯及其消耗率降低。在火焰中聚合反應(yīng)的放大效應(yīng)下,醇的加入使得PAHs生成率的降幅更為明顯。
　　在以上燃料氧化機(jī)理分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)柴油/甲醇二