二甲醚均質(zhì)壓燃燃燒的試驗(yàn)和模擬研究.pdf

1、能源與環(huán)保是當(dāng)今世界發(fā)展的兩大主題，汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展不僅加快了地球有限能源的消耗也造成了環(huán)境的嚴(yán)重污染。為了緩解能源壓力，降低汽車尾氣排放污染，內(nèi)燃機(jī)工作者致力于高效、低污染燃燒技術(shù)的研究，其中均質(zhì)壓燃(HCCI)燃燒技術(shù)由于可以同時實(shí)現(xiàn)高的熱效率和超低的碳煙及NO<,x>排放，隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，HCCI燃燒方式成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題之一。目前HCCI發(fā)動機(jī)還存在著火時刻難以控制、運(yùn)行工況范圍較窄、碳?xì)?HC)和一氧化碳(CO)

2、的排放較高和冷啟動困難等問題。 本文從試驗(yàn)和模擬兩個方面系統(tǒng)介紹了當(dāng)前國內(nèi)外均質(zhì)壓燃技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，并建立了一套均質(zhì)壓燃發(fā)動機(jī)的試驗(yàn)平臺。在對試驗(yàn)所用的4100QB-1A四缸發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了均質(zhì)壓燃燃燒，并對缸內(nèi)壓力和排放情況進(jìn)行了測試，試驗(yàn)表明，二甲醚HCCI燃燒具有明顯的兩階段放熱特性，第一階段為二甲醚的低溫反應(yīng)階段，第二階段為二甲醚的高溫反應(yīng)階段，隨著進(jìn)氣溫度的升高，低溫和高溫著火正時提前，燃燒持續(xù)期縮短，

3、二甲醚HCCI燃燒幾乎無碳煙排放，NO<,x>排放很低，CO和HC排放較高。本文利用已建立的單區(qū)模型和已建立的二甲醚氧化反應(yīng)機(jī)理，針對二甲醚HCCI燃燒試驗(yàn)工況進(jìn)行數(shù)值模擬研究，將計算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對比，驗(yàn)證計算方法的可靠性，并且采用模擬計算的方法仔細(xì)分析了不同壓縮比和EGR對二甲醚HCCI燃燒特性的影響。模擬結(jié)果表明，隨著壓縮比增大時，缸內(nèi)溫度升高，著火時刻逐漸提前，缸內(nèi)溫度和壓力均有所增大，燃燒持續(xù)期逐漸縮短，此時平均指示壓力先增大

4、后減小，而采用EGR技術(shù)是一種非常有效的HCCI燃燒控制措施。 此外，本文通過對二甲醚氧化的詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)機(jī)理的反應(yīng)流分析，獲得二甲醚化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的簡化機(jī)理，并將二甲醚HCI的簡化模型和其詳細(xì)機(jī)理模型進(jìn)行對比研究。模擬結(jié)果表明：簡化模型在對著火時刻、燃燒放熱率、缸內(nèi)壓力峰值和溫度峰值計算結(jié)果與詳細(xì)機(jī)理模型基本一致，簡化機(jī)理對變初始溫度、變混合氣濃度、變初始壓力和不同發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速有較好的預(yù)測能力，可應(yīng)用于模擬二甲醚HCI的燃燒