一氧化氮对均质压燃燃烧影响的试验研究与数值模拟

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均质充量压缩点火(HCCI)燃烧方式结合了传统压燃式和火花点火式的优点,但是其着火时刻和燃烧速率控制困难,运行范围狭窄,HC和CO排放高。为了解决HCCI面临的实际问题,各种不同的技术手段在HCCI研究中得到了广泛的应用,其中废气再循环(EGR)由于其突出的优点,在HCCI研究中获得了极大的关注。研究发现,EGR具有四个方面的作用:加热作用、稀释作用、热容作用以及化学作用。EGR的化学作用主要体现于EGR气体中不同组分的化学影响。本文选取EGR气体当中非常重要的一种成分----一氧化氮(NO)作为研究对象,采用试验分析和数值模拟相结合的方法,研究了NO对四种不同的燃料-正庚烷、异辛烷、甲醇和乙醇HCCI燃烧的影响。首先以法国Orleans大学PRISME实验室的一台单缸、四冲程、水冷型柴油机作为试验台架,通过进气加热的方法实现了燃料的HCCI燃烧,通过改变进气流中NO的体积比,研究了NO对正庚烷、异辛烷HCCI燃烧的燃烧性能和排放指标的影响。主要对比了两种燃料在不同NO浓度比下的HCCI燃烧的缸内压力、温度、放热率、着火时刻、燃烧持续期以及HC、CO、NOx排放指标。由于HCCI燃烧受燃料的化学反应动力学控制,HCCI发动机燃烧模拟的焦点主要集中在燃料的反应机理和化学动力学模型上,因此在试验和前人工作基础上,构建了NO-nC7H16相互氧化的化学动力学模型(245个反应,27种组份),并以此机理为基础,采用零维计算模型SENKIN程序,研究了一氧化氮对正庚烷HCCI燃烧影响,主要考察NO在内燃机HCCI燃烧条件下对nC7H16氧化生成的主要中间组分的影响,然后采用反应路径分析法,从化学动力学的角度探讨了NO参与nC7H16氧化的具体反应路径。由于醇类替代燃料的研究逐渐受到重视,因此在前文试验基础上,进一步开展了NO对甲醇、乙醇HCCI燃烧影响的试验与定容燃烧模拟研究。试验结果显示NO缩短了甲醇、乙醇HCCI燃烧的滞燃期,并且甲醇、乙醇放热率的最大值随NO浓度增加不断增大,放热率最大值对应的曲轴转角不断提前。通过定容模拟分析,揭示了NO、NO2参与醇类燃料氧化过程的主要反应路径,显示NO、NO2浓度曲线可划分为四个区间,每个区间都有不同的基元反应参与。
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