甲醇—异辛烷/正庚烷混合燃料滞燃期特性的数值研究

基于甲醇、异辛烷和正庚烷的详细化学动力学机理,对甲醇、异辛烷、正庚烷及其构成的混合燃料的滞燃期进行了计算研究。研究表明:温度对滞燃期的影响最大,异辛烷和正庚烷燃烧有着明显的负温度系数现象,而甲醇燃烧则没有这一特征;对于甲醇—异辛烷/正庚烷混合燃料,当初始温度小于1000 K时,混合燃料滞燃期随甲醇含量的增加而延长,当初始温度大于1000 K时,混合燃料滞燃期随甲醇含量的增加而缩短;随着混合燃料中甲醇含量的增加,燃料滞燃期的负温度系数特性明显减弱,当甲醇摩尔分数大于85%时,混合燃料滞燃期的负温度系数现象消失;压力对滞燃期的影响也比较明显,在不同的初始温度下,压力对异辛烷和正庚烷滞燃期的影响程度不同;当量比对甲醇、异辛烷和正庚烷的影响特性不同,甲醇的滞燃期随当量比的增加而缩短,当初始温度小于1200 K时,异辛烷和正庚烷的滞燃期随当量比的增加而缩短,当初始温度大于1200 K时,其滞燃期随当量比的增加而延长。根据滞燃期的计算值,对滞燃期公式进行了改进,提出了可以准确计算异辛烷和正庚烷不同当量比燃烧时的滞燃期公式和可以计算甲醇、异辛烷、正庚烷混合燃料滞燃期的经验公式。     

高活性低辛烷值汽油压燃着火特性与表征燃料构建

为了解析汽油压燃（GCI）模式的燃烧排放特性,针对一种高活性低辛烷值汽油（HRG）开展了表征燃料设计研究。基于快速压缩机（RCM）平台,在有效温度690～920 K内,对该汽油燃料进行着火滞燃期试验;基于Chemkin软件对正庚烷/异辛烷（PRF）、正庚烷/异辛烷/甲苯（TRF）以及异己烷/正庚烷/异辛烷/甲苯（iso-HS）等3种表征燃料的滞燃期进行模拟。结果表明：与PRF及TRF相比,iso-HS呈现出更加显著的负温度系数（NTC）现象,且随着异己烷含量的提高,其负温度系数区域滞燃期变化幅度近似线性提高;组成为（按摩尔分数计）49.63%异己烷、18.30%异辛烷、26.29%正庚烷及5.78%甲苯的表征燃料iso-HS2具有更好的表征效果。     

二甲醚/甲醇混合燃料燃烧数值模拟研究

均质充量压缩着火燃烧(HCCI)技术的提出为内燃机的发展开辟了一种更为节能高效、绿色环保的新模式,着火性能差异较大的两种燃料掺混是实现均质混合压燃着火控制的有效方法。文章利用CHEMKIN化学反应动力学模拟软件对二甲醚(DME)/甲醇混合燃料均质混合压燃燃烧过程进行了数值模拟研究,重点分析了燃料掺混比、过量空气系数、发动机转速以及进气温度对HCCI发动机燃烧特性的影响规律。     

乙醇-柴油-汽油混合燃料的燃烧与排放特性

以汽油为助溶剂配制出均匀稳定的乙醇-柴油-汽油混合燃料,对比分析了单缸四气门135柴油机燃用不同配比混合燃料时的燃烧与排放特性,同时研究了燃用混合燃料时供油提前角变化和使用HL伞喷油嘴对柴油机性能的影响.结果表明:柴油机燃用适当配比的乙醇-柴油-汽油混合燃料,动力性、经济性基本保持不变,碳烟和NO2排放显著降低;着火滞燃期延长,缸内平均温度下降,燃烧速率加快,燃烧持续期缩短;当使用HL伞喷油嘴燃用E20G15燃料时,着火滞燃期进一步延长,油气混合速率和混合气均匀度明显提高,在整个工况范围内,气缸压力和缸内平均温度均较低,碳烟和NO2排放同时降低,其燃烧过程具有明显的热预混合燃烧特征.     

压缩比对电热塞引燃甲醇发动机的影响研究

在1台由DH1115单缸柴油机改装而成的电热塞引燃式直喷甲醇发动机上,使用CFD模拟软件Converge耦合甲醇氧化详细化学动力学机理,研究了压缩比对甲醇发动机燃烧及非常规排放的影响。结果表明,压缩比对甲醇在电热塞引燃燃烧方式下的燃烧及非常规排放有着重要影响:提高压缩比,有利于甲醇的蒸发,提高甲醇混合气均匀性;较高的压缩比可以使甲醇着火时刻提前,缩短滞燃期,甲醇着火更加稳定,同时也有助于促进甲醇完全燃烧;甲醛及未燃甲醇排放均随着压缩比的提高而降低,但降低幅度随压缩比增大而逐渐减小,在压缩比提高到19及以上时,甲醛及未燃甲醇排放分别小于0.4 mg/(kW·h)和3.1 mg/(kW·h)。     

新型复合含氧添加剂对柴油机燃烧特性的影响

分析了自行研制的新型复合含氧添加剂(记为FHYJ)的理化特性,在车用BJ493Q柴油机上进行了燃用FHYJ掺烧比例为9%的FHYJ—柴油混合燃料的试验,测量了缸内压力、压力升高率和放热率。比较和分析了燃用柴油和FHYJ—柴油混合燃料的燃烧特性,探讨了添加剂和混合燃料对柴油机滞燃期、预混合燃烧期、扩散燃烧期以及燃烧持续期等参数的影响。结果表明,在柴油机不作任何改动的前提下,掺烧FHYJ清洁燃料复合含氧添加剂,缸内压力、压力升高率和放热率在低负荷下均与原机基本相当,在中、高负荷有所下降,滞燃期、预混燃烧期均较原机延长,扩散燃烧期和燃烧持续期均较原机缩短,且其变化程度均随负荷的增大而增大。     

柴油-甲醇混合燃料多环芳香烃形成的影响因素研究

以柴油-甲醇燃料为研究对象,探究柴油-甲醇混合燃料燃烧对多环芳香烃(PAHs)生成的影响规律.将AVL-Fire和Chemkin耦合,构建正庚烷-甲苯-PAHs化学反应动力学机理并验证,采用Chemkin中的均质零维反应模型进行仿真模拟,研究了柴油-甲醇混合燃料不同掺混比、初始温度、初始压力、当量比对多环芳香烃苯、萘、...     

甲醇汽油发动机燃烧及其醇醛排放特性的研究

在一台排放达到国Ⅲ标准的直列四缸进气道喷射汽油机上,分别燃用汽油、M15、M50甲醇汽油3种燃油,采用欧洲测试循环中的城市道路工况和高速公路工况循环,对3种燃料的燃烧特性、醇醛排放和燃油经济性进行了测试。结果表明:最大爆发压力随着掺醇量的增加而增大,且出现的曲轴转角位置提前。掺醇汽油的最大放热率比纯汽油的高,主燃期缩短,循环变动率降低。未燃甲醇和甲醛排放随掺醇比例的增大而增加,随负荷的增大先增加后降低,经催化转化器催化后排放几乎为零。M15和M50的当量燃油消耗率在中高负荷下比汽油低,特别在高速大负荷条件下最大降幅达9.0%。     

甲醇影响柴油着火的作用机理分析

通过AVL Fire软件建立了4B26柴油机的燃烧模型,并耦合甲醇-正庚烷的化学反应机理文件,研究了柴油机燃用甲醇-柴油混合燃料着火过程中,缸内温度、燃料浓度和中间产物的变化规律,并分别依据放热率、中间产物、温度的变化对滞燃期进行了计算。研究结果表明,在甲醇-正庚烷着火之前,与甲醇分解有关的中间产物中,CH_2O,H_2O_2,OH变化最显著,且中间产物浓度呈双峰走势;-7°～-5°范围内,与甲醇相比,正庚烷发生了明显的脱氢反应。正庚烷低温分解相关的主要基元反应中,生成CH_4,C_2H_4,C_3H_6的基元反应更容易发生。根据瞬时放热率、正庚烷脱氢、OH浓度、缸内温度场变化等方法确定的甲醇-正庚烷着火时刻分别为-7.2°,-7°～-5°,-2.4°,-5.8°。几种判断方法中,依据OH浓度变化判断的着火时刻较晚。     

内燃机燃料化学动力学机理的研究进展

综述了国内外构建甲醇、乙醇、正庚烷(替代柴油)、异辛烷(替代汽油)、癸酸甲酯(替代生物柴油)等内燃机燃料详细化学动力学机理的研究进展.介绍了国际燃烧学界和反应动力学界对复杂反应体系的反应机理进行简化处理的主要方法,以及运用这些方法所取得的研究成果,比较分析了不同机理简化方法的理论基础和优缺点.鉴于代用燃料常采用掺烧方法...     

含氧燃料与进气氧浓度对柴油机燃烧与排放的影响

在1台4缸高压共轨柴油机上,通过向柴油中掺混0%,10%,20%正丁醇(质量分数),研究了在不同进气氧浓度条件下,掺混燃料含氧量对柴油机燃烧特性与排放的影响规律。研究结果表明:进气氧体积分数处于20%~21%之间时,燃用3种燃料的滞燃期均不随氧浓度的变化而变化;随着掺混比例的增加,燃料中含氧量增加,这导致了滞燃期的增加,且随着进气氧浓度的降低,滞燃期受燃料性质的影响作用不断增强;随着燃料中含氧量增加,炭烟(Soot)排放逐渐减小;掺混燃料的含氧量对NO_x排放的影响不明显,而对指示热效率的提升有积极作用,在进气氧体积分数小于15%时,燃料含氧量对指示热效率的促进作用减弱。     

一种基于HCCI模式的参比油简化机制及其验证

引入数值模拟精度的定义,采用两组分参比油模拟了HCCI发动机点火过程,对Youngchul Ra和Rolf D. Reitz提出的正庚烷与异辛烷氧化过程进行敏感性分析及优化处理,对H.J.Curran的详细反应机理进行数值验证,在验证范围(初始温度530~600 K,当量比0.3~0.8,压缩比12.5~28)的大部分区域内,优化后简化模型的数值模拟结果满足一级精度。利用HCCI发动机的三维CFD耦合化学动力学模型,模拟缸内燃烧流动过程,得到缸内压力及中间产物和燃烧相位的关系,计算结果与试验结果吻合较好。     

点火时刻对甲醇发动机燃烧及非法规排放的影响

针对甲醇发动机低温冷起动困难,在1台由1130单缸柴油机改造而成的直喷火花点火甲醇发动机上,利用CFD模拟软件AVL-Fire耦合甲醇氧化反应机理,通过电热塞将进气温度加热到283K,研究了点火时刻对甲醇发动机低温(266K)冷起动燃烧及非法规排放的影响。结果表明:提前点火时刻能够使缸内混合气得到较充分燃烧,减少未燃甲醇排放,当点火时刻由8°BTDC提前到11°BTDC时未燃甲醇排放显著减少;提前点火时刻能够降低甲醛排放,当点火时刻提前到17°BTDC、缸内最高燃烧温度超过1 300K时,甲醛快速氧化,甲醛排放显著减少。     

一个适用于甲醇—参比燃料混合燃料的简化反应机理

对参比燃料、甲醇及甲醇—参比燃料混合燃料的主要反应历程进行了分析,利用详细反应机理研究了甲醇—参比燃料混合燃料燃烧时基元反应的相互影响特性。采用集总反应法构建了一个包含45种物质、75个反应的甲醇—参比燃料混合燃料简化反应机理,并利用激波管试验、流反应器试验、详细机理计算结果和HCCI发动机试验对该简化机理进行验证。结果表明,简化机理计算结果与试验结果及详细机理计算结果能够很好地吻合。     

柴油机燃用甲醇—生物柴油—柴油微乳化燃料燃烧特性分析

在柴油机结构不做改动的情况下,基于燃烧示功图的分析,定量研究了甲醇含量对燃烧压力、压力升高率、燃烧放热规律和循环变动量的影响。结果表明:甲醇的含量越大,滞燃期越长;燃烧压力和最大压力升高率均增大且出现的位置后移,其中燃用M15最大压力升高率接近0.45 MPa/°CA;累积放热率达到95%时,燃用柴油为上止点后55°CA,燃用M5和M10为上止点后53°CA,燃用M15为上止点后57°CA,位置差别不大。甲醇含量增加,柴油机循环变化量增大,燃用M0的COVpmi为1.61%,燃用M10的COVpmi为1.82%,燃用M15的COVpmi为3.32%。     

低比例甲醇汽油的油膜动态特性研究

在某发动机台架上进行了低比例甲醇汽油油膜动态特性试验，研究了不同工况下 M10甲醇汽油的油膜特性和甲醇比例对甲醇汽油油膜特性的影响。结果表明：发动机转速对甲醇汽油燃油沉积比例系数 X 和油膜蒸发时间常数τ的影响较小；冷却水温度对甲醇汽油的油膜蒸发时间常数τ的影响最大；同种工况下，甲醇比例在5％～15％之间时甲醇汽油的燃油沉积比例系数 X 达到最小；甲醇汽油比纯汽油更容易挥发，当甲醇比例低于10％时，甲醇汽油油膜蒸发时间常数随着甲醇比例的增加显著减小，但是当甲醇比例超过15％时，随着甲醇比例的增加，油膜蒸发时间常数变大。     

2-甲基呋喃及其与异辛烷掺混燃料喷雾的微观特性研究

第二代生物燃料2-甲基呋喃(MF)由于其独特的物理化学性质受到学者们的广泛关注,研究MF以及它的掺混燃料在不同条件下的雾化效果也显得尤为重要。利用相位多普勒技术(PDPA),在不同喷射压力、环境温度、环境背压下,研究了MF、异辛烷以及两者等体积掺混燃料MF50喷雾的粒径与速度分布规律。结果表明:测试燃料的喷雾粒径整体分布呈现油束中心大,两端小的对称分布。微粒速度随环境背压的增加而降低,并且在低背压下速度为双峰分布,高背压下则是单峰分布。随着环境背压的增大,异辛烷粒径不断增加,MF粒径先减小再增加。