正庚烷/甲醇二元燃料化学反应动力学数值模拟研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:stevenyhiker
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甲醇是一种具有应用前景的内燃机替代燃料,然而目前涉及柴油/甲醇二元燃料间复杂的化学耦合作用的研究有限,致使进一步的燃烧分析受到阻碍。本文以正庚烷作为柴油的参考燃料,基于CHEMKIN软件构建双燃料燃烧反应模型,研究了正庚烷/甲醇二元燃料的着火和层流火焰速度特性。借助动力学分析工具,从化学反应动力学层面探索不同燃料氧化过程中化学反应之间的相互作用机制。采用定容绝热模型模拟计算不同甲醇替代率(0~80%)的混合物在当量比为0.3~2,初始温度为650K~1300K之间变化的着火延迟时间。结果表明,在初始低温下,甲醇对一阶段着火的抑制作用主要是由于甲醇和正庚烷对OH自由基的竞争导致;甲醇掺混后产生的更高浓度HO2自由基,促进H2O2的形成并随后在高温下分解产生大量的OH自由基,促进第二阶段着火。在初始高温下掺入少量甲醇,自由基的反应速率增加,有促进着火的作用;但是掺混过量的甲醇会增大活性自由基的消耗,不利于着火。甲醇掺混后混合物的一阶段着火对当量比的变化变得敏感。这是由于当量比较高时,正庚烷的低温反应链能提供更多的OH,导致甲醇抑制作用相对削弱。敏感性分析表明,在初始低温下,大部分基元反应对当量比的变化不敏感,仅有过氧化氢酮生成反应的敏感性系数随当量比的增大而增加。在初始高温下,促进着火的反应R391和抑制着火的反应R397和R385对着火的影响较大,而且对当量比的变化特别敏感,随着当量比的增加,它们对着火的促进作用越来越强。采用预混层流火焰模型研究不同甲醇替代率的混合燃料的层流火焰速度。结果表明,混合燃料的层流火焰速度介于纯燃料之间,随着甲醇替代率的增加而增加。掺混甲醇会使混合物中OH和HO2的浓度增加,HO2自由基的浓度增长尤为明显。HO2的反应速率分析表明,增加甲醇含量,会使CH2OH的浓度增加,促进反应CH2OH+O2=CH2O+HO2生成HO2。层流火焰速度的敏感性分析表明,小分子反应,如R377、R400和R408是增强火焰反应活性的重要反应,而R409、R397和R384的反应会降低混合物的层流火焰速度的预测值。
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