正庚烷HCCI燃烧过程的数值模拟及试验研究

结合详细化学动力学机理,运用最新的CHEMKIN—Ⅳ化学动力学软件包中的IC enginc模块模拟了正庚烷的HCCI燃烧过程。并在一台高速四缸柴油机上进行了单缸正庚烷HCCI燃烧试验。分别从理论和试验上研究了正庚烷的HCCI燃烧过程以及各种参数变化对燃烧过程的影响,研究表明：正庚炕燃烧过程由低温反应和高温反应两阶段组成,NC7KET裂解生成OH是低温阶段最重要的反应,高温阶段着火是由H2O2裂解所触发的,低温阶段着火对高温阶段着火起着关键作用;各种参数的变化会导致燃烧过程的显著变化。     

正庚烷均质压燃燃烧反应化学动力学数值模拟研究

应用零维详细化学反应动力学模型，对正庚烷均质压燃燃烧反应的化学反应动力学过程进行了数值模拟研究，分析了在内燃机边界条件下影响其燃烧反应的关键基元反应、关键中间产物以及自由基。结果表明，正庚烷的燃烧过程由高温反应和低温反应两个阶段组成，高温反应阶段又可以分为蓝焰反应和热焰反应两个阶段。正庚烷氧化反应首先经过脱氢反应，第一次加氧异构化后的第二次加氧是低温反应的必经途径，其产物的两次分解是低温反应阶段OH自由基的主要来源；蓝焰反应阶段主要是甲醛氧化成CO的过程，H2O2的热分解是控制该阶段反应最重要的基元反应，也是OH自由基的主要来源；热焰反应主要是CO氧化成CO的过程；CO的生成途径是：低温反应生成的甲醛(CH2O)脱氢生成HCO，HCO氧化生成CO，OH是CO氧化为CO2和正庚烷脱氢反应最重要的自由基。     

DME均质充量压燃着火过程的数值模拟研究

以新型发动机代用燃料二甲醚(DME)为例，采用最新研究的DME化学动力学反应机理(DME氧化机理包括336个基元反应，涉及78种组分)，利用美国SANDIA国家实验室开发的cHEMKIN-Ⅲ软件，进行了DME均质充量压燃着火过程的数值模拟，并从理论上讨论分析了压缩比、进气温度、进气压力、燃空当量比、发动机转速对燃料着火时刻的影响。研究结果表明：DME的HCCI燃烧过程有明显的两阶段，压缩比、进气温度、进气压力、燃空当量比和发动机转速等参数的改变都会导致DME压燃着火过程的显著变化。     

二甲基醚/天然气双燃料均质压燃详细化学反应动力学数值模拟研究(Ⅱ)--二甲基醚/天然气反应机理研究

应用零维详细化学反应动力学模型研究了二甲基醚／天然气双燃料均质压燃燃烧反应机理。结果表明由于两种燃料相互作用，DME低温反应进行程度很小，没有第二次加氧过程，β-scission起主导作用，大部分甲醛由CH3O生成，而不是DME的低温反应；H2O2主要由DME控制，H2O2浓度升高促进了天然气的低温反应进行；另一方面，天然气低温反应放热也促进了DME的氧化反应，OH浓度升高，使CO能够全部氧化。计算结果表明，在压缩比较高的条件下，天然气浓度变化对DME稀燃极限几乎没有影响，但压缩比较低时，随着天然气浓度升高，DME稀燃极限浓度升高。     

压缩比、CO2对二甲醚均质压燃影响的数值模拟

利用化学反应动力学软件建立二甲醚均质压燃燃烧模型,研究了压缩比和进气掺入CO2对二甲醚均质燃烧的影响。结果表明：增大压缩比加快了二甲醚基元反应速率,使着火提前,燃烧压力、温度上升;进气中加入CO2可以延迟着火时刻,降低缸内压力和温度;CO2对二甲醚均质压燃高温燃烧阶段影响更大。     

二甲醚均质压缩燃烧的数值模拟研究

采用最新的二甲醚(DME)化学动力学反应机理(DME氧化机理包括399个基元反应,涉及79种组分),利用LawrenceLivermore国家实验室开发的HCT软件,进行DME均质充量压燃着火过程的变参数研究。从理论上分析讨论进气温度、进气压力、燃空当量比、发动机转速对燃烧的影响。研究结果表明:DME的均质充量压燃(HCCI)燃烧过程有明显的两阶段,进气温度、进气压力、燃空当量比和发动机转速等参数的改变都会导致DME均质压缩燃烧过程的变化。     

采用多维数值模拟研究汽油HCCI发动机的排放物生成及演变规律

将发动机多维CFD程序KIVA-3V与化学动力学程序CHEMKINⅢ相耦合,分析了汽油HCCI发动机燃烧特性及排放物的生成机理及演变规律.发动机以异辛烷为燃料,其化学反应采用了详细的动力学机理.结果表明,此计算模型所得到的缸内压力及放热率的变化趋势与实验基本吻合;由于缝隙区温度较低,因而其成了汽油HCCI发动机HC排放的主要来源,而CO排放的主要来源则是边界层区;由于气缸中心区域温度较高,而NO的生成与温度呈指数关系,因此该区域为汽油HCCI发动机NO排放的主要来源.     

正庚烷HCCI燃烧下芳香烃及多环芳烃形成的多维数值研究

将发动机多维CFD程序KIVA-3V与化学动力学程序CHEMKIN III相耦合,对正庚烷HCCI燃烧下芳香烃(苯)与多环芳烃(萘、菲及芘)的生成及演变规律进行了详细分析.发动机以正庚烷为燃料,其化学反应采用了正庚烷的燃烧与分解、多环芳烃生成的详细反应机理.结果表明在缸内混合气着火前,A1(苯)的质量浓度场较不均匀,在缸中心区域A1质量浓度较高,而在边界层及缝隙区则相对较低;然而在缸中心区域及缝隙区,A2(萘)、A3(菲)与A4(芘)的质量浓度场较低,而在边界层区则相对较高.在缸内混合气着火后,在缸中心区域及边界层区,A1～A4质量浓度较低,而在缝隙区则相对较高.混合气着火后短暂时间内为A1～A4生成的高峰期,在经历高峰期后A1～A4质量平均浓度迅速降低.同时,在排气门打开(120°CA ATDC)时,在这4种芳香烃与多环芳烃中,苯的排放量最高,萘其次,而芘的排放量则最低.     

HCCI柴油机燃烧过程数值模拟研究

均质压燃(HCCI:homgeneous charge compression ignition)燃烧方式已成为发动机领域的硬件研究热点。针对CA4D32-09型柴油机,对HCCI燃烧过程进行了计算模拟,并利用统计的方法对影响HCCI燃烧特性的因素进行分析,通过计算得出HCCI发动机燃烧过程的影响因素及发动机主要参数对混合气均质特性的作用。     

二甲基醚/天然气双燃料均质压燃化学动力学数值模拟

使用零维详细化学反应动力学模型，研究了二甲基醚和天然气双燃料均质压燃燃烧的化学反应动力学过程，缸内压力计算值和实测结果相当一致，计算结果表明，双燃料燃烧过程分为低温反应和高温反应两个阶段，低温反应主要是二甲基醚燃烧氧化，而高温反应主要是天然气的氧化，低温反应二甲基醚生成了大量自由基加速了天然气的燃烧反应．混合气初始温度升高，放热率增大，燃烧持续期缩短；二甲基醚浓度主要影响低温燃烧过程，天然气浓度则主要影响高温燃烧过程；惰性气体(CO2)使燃烧反应推迟，燃烧反应速率降低．通过控制二甲基醚、天然气和惰性气体浓度可以有效控制均质压燃燃烧过程，拓宽运行范围。     

燃烧室形状对柴油机性能影响的研究

为研究混合气的形成状况和燃烧质量，探索燃烧室形状对柴油机性能的影响，本文应用STAR—CD程序对不同几何形状的燃烧室内的燃油雾化、燃烧进行三雏数值模拟。计算结果表明，燃烧室的形状对燃烧过程有着重要影响。缩口燃烧室具有较大的挤流强度，较长的涡流持续期，较合理的涡流分布，更有利于混合气的形成，可以进一步加速扩散燃烧，产生较高的缸内压力和温度，具有最好的燃烧性能。直口燃烧室燃烧性能相对较差，敞口燃烧室的最差。但是缩口燃烧室的热应力较大，残余废气不易排除，实现增压比较困难。     

高辛烷值燃料HCCI燃烧特性的变参数研究

构建了一种高辛烷值燃料与空气压缩自燃反应机理(89种组分,413个反应)。用在快速压缩机上获得的试验数据对它进行了验证,考察了机理的有效性。然后将其嵌入内燃机模型,在CHEMKIN平台上对这种燃料的HCCI燃烧特性进行了变参数的数值模拟,研究了进气温度、进气压力、空燃比、压缩比、转速和EGR等因素对燃烧特性的影响,同时预测了缸内反应物、生成物、自由基浓度随曲轴转角变化的历程。计算结果对燃用高辛烷值燃料HCCI发动机燃烧过程的优化提供了依据。     

燃烧室壁面形状对撞壁射流气体混合过程的影响

本文研究了燃烧室壁面形状对撞壁射流气体沿壁发展过程的影响，实验发现：射流气体撞壁后主要沿壁面发展；近壁区域会形成浓混合气层，并且混合很慢，本文提出了两种方法，１）在壁面设置矩形凹槽，并且利用环境的气流运动加快射流气体的混合。２）在壁面上设置条形障碍物，使射流气体脱离壁面形成空间流动，另外，本文也模拟了ＯＳＫＡ－Ｄ燃烧系统中燃油撞壁后的发展过程。     

不同结构燃烧室内流场的三维模拟

利用AVL Fire软件对105柴油机进气、压缩过程进行三维瞬态数值模拟,模拟结果给出了两种形状燃烧室详细的流场结构.在压缩上止点之前,A型燃烧室(直口ω形)内挤流速度明显低于B型燃烧室(缩口ω形),压缩上止点后B型燃烧室逆挤流强度大,持续时间长,说明缩小燃烧室开口直径能有效增强挤流和逆挤流;B型燃烧室的湍流强度明显高于A型燃烧室,B型燃烧室最大湍动能约为A型燃烧室的两倍.     

限流沿燃烧室中实现柴油喷雾稀扩散燃烧的混合气形成过程

提出了一种在于激光诱导荧光法的实验方案，采用增压式共轨喷油器，在定容燃烧实验装置内进行柴油喷雾形成、发展、撞壁和混合过程的实验。实验发现，燃油喷雾在燃料室壁面的沉积可通过在壁面设置一个“限流沿”（BUMP），使之从壁面剥离，剥离后的壁面射流形成一个迅速扩散的二次空间射流，进而形成较均匀、较稀薄的混合气，它有利于减少碳烟和NOx排放。     

变通道涡流室式燃烧室燃烧特性的研究

作者研制的变通道涡流室式燃烧室，是一种兼有开式燃烧室热效率高与分开式燃烧室噪声、烟度、ＣＯ排放皆低等优异性能的新型流室式燃烧室，为了探求其性能的成因，本文建立了计算分开式燃烧室热率的零维模型，应用作者提出的计算涡流室式及变通道涡流室式两种室连接道流量系数的零模型，应作者提出的计算涡流室式及变通道涡流室式两种放热率，据此，分析了两者在放热，噪声与排放特性方面的差异，研究结果表明，对于变通道涡流室式燃     

一种新的小缸径柴油机单孔直喷燃烧系统的研究

小缸径柴油机燃烧系统直喷化已经成为发展趋势，但仍面临实现柔和运行及降低有害排放产物的难题，燃烧室周边混合式燃烧系统具有工作柔和，变速适应性好等优点。但由于形成较多的壁面面膜，而使燃烧速率低，ＨＣ和微粒排放品质差，为此，本研究了旋转流场中轴针喷嘴油束扩展与混合的特性，提出了利用油束撞壁效应加速混合，改善燃烧过程的概念。在Ｓ１９５涡流室柴油机基础上设计了一种新的单孔直喷式燃烧系统。研究结果表明，该系     

偏置燃烧室柴油机缸内喷雾性能研究

本文借助三维流体分析软件STAR—CD模拟研究了偏置燃烧室柴油机机中不同喷孔特性（喷孔与燃烧室壁面距离、喷雾锥角等）对缸内流场和喷雾性能的影响。结果表明：燃烧室偏置对各个喷孔的喷雾性能影响显著,具有明显的非对称性;为了使燃油到达燃烧室底部,应适当减小喷孔与燃烧室壁面距离;同时可以适当减小喷雾锥角,提高燃烧室凹坑内的空气利用率。     

柴油机燃烧室形状对混合气形成的影响

利用计量流体力学(CFD)模拟软件FIRE对不同形状燃烧室的柴油机的缸内喷雾与燃烧过程进行了模拟分析。通过对缸内流场、燃油浓度场、温度场分布的对比,分析不同燃烧室对混合气形成的影响。结果表明,缩口燃烧室缸内流场强度最大,混合气均匀,燃烧充分,微粒生成最少。