天然氣摻氫HCCI發(fā)動機(jī)燃燒與排放物的研究.pdf

1、上世紀(jì)六十年代后，世界經(jīng)歷了3次嚴(yán)重的石油危機(jī)。由此帶來的全球環(huán)境污染問題嚴(yán)重影響到各個國家的發(fā)展。能源特別是石油資源的嚴(yán)重匱乏、全球環(huán)境的日益惡化成為了世界兩大難題。為了解決此問題，新型發(fā)動機(jī)以及各類汽車代用燃料的研究越來越引起廣大學(xué)者的關(guān)注。天然氣摻氫(HCNG)燃料，是滿足節(jié)能減排問題的車用氣體替代燃料之一，也是實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)燃料汽車到氫能汽車過渡的最具可行性方案。本文的工作主要是圍繞天然氣摻氫燃料發(fā)動機(jī)的燃燒排放特性進(jìn)行的。

2、　　 本文首先對天然氣摻氫燃料發(fā)動機(jī)的研究動態(tài)以及存在的相關(guān)問題進(jìn)行了綜述。然后利用大型氣相化學(xué)動力學(xué)軟件CHEMKIN對美國加州大學(xué)開發(fā)的GRI(Gas Research Instiutte)3.0天然氣(CNG)詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行分析。在天然氣詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)機(jī)理上，參考已有的簡化模型及方法，通過對天然氣均質(zhì)壓燃燃燒反應(yīng)途徑的分析，再結(jié)合敏感度分析法和反應(yīng)速率分析法，構(gòu)建天然氣燃燒簡化機(jī)理。對比分析所構(gòu)建的簡化機(jī)理和詳細(xì)機(jī)理的

3、模擬結(jié)果，計(jì)算結(jié)果顯示，此簡化模型對HC、CO、NOx以及CH2O排放物的變化歷程有較為準(zhǔn)確的預(yù)測，可以用來代替詳細(xì)模型進(jìn)行計(jì)算分析。簡化模型大大減少了計(jì)算時間，并且為化學(xué)動力學(xué)模型與CFD多維模型進(jìn)行耦合提供了可行性。依據(jù)此機(jī)理再加上本文中選用的氫氧燃燒機(jī)理，建立天然氣摻氫燃燒反應(yīng)模型。此模型由上述兩個機(jī)理中提取，其中化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)未做出改變。
　　 理論上推導(dǎo)出HCNG燃料的質(zhì)量摻氫比，HCNG混合燃料中各組分的含量計(jì)算，

4、HCNG混合氣的熱值計(jì)算以及HCNG化學(xué)計(jì)量比的計(jì)算公式。利用計(jì)算流體動力學(xué)軟件FLUENT建立以ZS195發(fā)動機(jī)燃燒室為原型的三維計(jì)算模型，并將此CFD多維模型分別和天然氣簡化化學(xué)機(jī)理、天然氣摻氫化學(xué)動力學(xué)模型相耦合，對CNG發(fā)動機(jī)以及HCNG發(fā)動機(jī)HCCI燃燒過程、排放特性進(jìn)行模擬分析。結(jié)果顯示：在天然氣中摻入氫氣后，相對純天然氣而言，發(fā)動機(jī)缸內(nèi)著火時刻提前，溫度峰值增加，燃燒更加充分，后燃減小，缸內(nèi)壓力峰值也隨之增加。隨著摻氫比的