正庚烷部分预混燃烧下多环芳烃生成的简化机理

采用反应流与敏感性分析方法对小分子烃类燃料预混燃烧下多环芳烃生成的详细机理(101种组分,544个基元反应)进行了简化,得到了包括52种组分,83个基元反应的简化机理.采用该简化机理对乙烷预混燃烧下多环芳烃的生成规律进行了数值计算.结果表明,采用该简化机理计算得到的反应物与部分生成物摩尔分数的变化趋势与实验值基本吻合;在该简化机理上加入正庚烷分解和氧化的主要反应(27种组分,36个基元反应),构成了庚烷火焰中多环芳烃生成的简化机理(62种组分,1 19个基元反应);同时对该简化机理在正庚烷部分预混燃烧下多环芳烃的生成规律进行了数值计算,结果表明,采用该简化机理进行计算时所得到的温度分布、主要反应物与部分生成物的摩尔分数的变化趋势与实验值基本吻合.     

正庚烷预混火焰中PAHs的生成机理

应用CHEMKIN软件对正庚烷预混火焰中碳黑的先驱物PAHs的生成机理进行研究,得到了包含49种组分、94个基元反应的简化模型.该饥理包含正庚烷的燃烧和PAHs的生成两部分,正庚烷的燃烧模型构建在Patel等人模型的基础上,增加了3个低温区关键反应;PAHs生成机理主要根据脱氢加乙炔(HACA)反应机理添加.新模型能够模拟正庚烷预混燃烧的冷焰和热焰反应以及预测PAHs的生成过程,与详细模型计算结果吻合较好.为CFD多维模型与化学反应动力学模型相耦合的燃烧计算提供了可行的途径.     

正庚烷HCCI燃烧下芳香烃及多环芳烃形成的数值模拟

通过修改化学动力学软件CHEMKINⅢ,建立了正庚烷HCCI燃烧下排放特性数值模拟的多区模型.利用此模型对正庚烷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.计算中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(共包括107种组分、542个基元反应).结果表明,缸内压力变化趋势的计算结果与实验值基本吻合;核心区由于温度较高,其中的正庚烷已充分燃烧,多环芳烃的质量分数极小;边界层区和缝隙区温度较低,尤其是缝隙区,其温度与壁面温度保持一致,正庚烷在其中不能充分燃烧和分解,同时这两个区域成为多环芳烃的主要来源.     

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.     

正庚烷甲苯混合物燃烧简化机理分析

提出了一个新的包括多环芳香烃(PAH)生成的正庚烷/甲苯混合物燃烧化学动力学简化机理.该机理包括64种物质,120个反应,与激波管内滞燃期实验结果吻合较好.在不同进气氧体积分数下,使用该机理对柴油机缸内燃烧过程进行了计算,其结果与缸内的实验结果吻合良好.通过机理的敏感性分析发现,PAH的重要前驱物乙炔主要是由甲苯反应路径中的C6H5及C6H4O2生成,说明在正庚烷中加入甲苯会对模拟柴油的燃烧特别是碳烟的生成有很大的影响;过氧化氢自由基HO2和羟自由基OH在甲苯、正庚烷的分解反应及小分子烃的裂解和氧化反应中都起着非常重要的作用.     

甲烷预混火焰中芳香烃及多环芳烃形成的数值模拟

利用一种详细的化学动力学模型，模拟了甲烷层流预混火焰中芳香烃及多环芳烃(PAHs)的形成．结果表明，数值模拟与实验数据吻合得较好，可以用于预测同类型火焰中芳香烃及PAHs的形成．对不同工况条件下火焰的数值模拟结果显示，火焰当量比、压力对芳香烃及PAHs形成都有影响。     

一个新的用于HCCI发动机燃烧研究的正庚烷化学反应动力学简化模型

提出了一个新的适用于HCCI发动机燃烧研究的正庚烷化学反应动力学简化模型，包含44种组分和72个反应。由四个子模型组成：低温反应子模型是在Li等人模型的基础上，定义具体的醛类(RcH0)产物和小分子碳氢产物(Rs)而构建；增加了用于链接低温反应向高温反应过渡的大分子直接裂解成小分子反应子模型；高温反应子模型是在Griffiths等人模型的基础上，去除了无关的基元反应，增加两个关于CO和CH3O的氧化反应而构建；此外，还采用了Golovitchev简化模型中NOx生成子模型。新模型能够模拟正庚烷HCCI燃烧的冷焰和热焰反应以及NOx生成的整个过程，与详细模型计算结果吻合较好。CPU计算时间是详细模型的1／1000，为CFD多维模型与化学反应动力学模型相耦合的燃烧计算提供了可行的途径。     

正庚烷喷雾扩散火焰中碳烟体积分数的定量测量

激光诱导炽光法(LII)是研究火焰中碳烟体积分数和粒径的重要光学测试方法,但要实现碳烟体积分数的定量测量尚有很大难度.建立了用激光消光法(LEM)进行定量标定的LII测试系统,在定容燃烧弹中实现了喷雾扩散火焰中碳烟体积分数的定量测量.结果表明,将LII和LEM的测试结果相关联,可以用来判定每一次LII测试是否受到了信号俘获现象的影响,通过合理去除无效点,可以有效地降低信号俘获现象对标定结果的影响.应用该测试系统研究了正庚烷喷雾扩散火焰的碳烟生成特性,当初始环境温度从800,K升高至823,K时,正庚烷喷雾扩散火焰中的峰值碳烟体积分数升高,并且碳烟初始生成位置更靠近喷嘴.     

正庚烷均质压燃燃烧简化动力学模型

在详细化学反应动力学研究的基础上,通过对正庚烷均质压燃燃烧各阶段反应途径分析和敏感性分析,构建了一个新的包括35种物质和41个基元反应的正庚烷均质压燃简化动力学模型．在发动机模拟方面,对此模型进行有效性分析,结果表明,在一定的边界条件范围内,简化动力学模型在着火时刻、缸内温度和压力方面都与详细动力学模型吻合较好,简化动力学模型适用于模拟HCCI部分燃烧边界条件．     

采用考虑详细化学反应机理的火焰面模型模拟湍流扩散火焰

采用详细的甲烷氧化化学反应动力学机理(GRI-Mech3．0)对不同拉伸率条件下的拉伸层流扩散火焰面结构进行了数值计算，建立了一个包含一系列拉伸层流火焰面结构的火焰面数据库．将这些层流火焰面结构和美国Sandia国家实验室测得的湍流扩散火焰(FlameD)的平均火焰结构进行了对比，发现层流火焰面所覆盖的范围基本包含了所考虑的湍流火焰中不同位置的平均火焰结构，这表明火焰面模型是合理的．然后，采用火焰面模型对该湍流扩散火焰进行了数值模拟并和实验数据进行了比较，考察了火焰面模型的精确程度和模拟深度.     

一个新的甲醇氧化简化化学动力学机理

基于甲醇氧化反应的主要反应历程分析,构建了一个包含17种组分和40个基元反应的甲醇简化化学动力学机理.通过与激波管、流反应器、稳态反应器、层流火焰速度和火焰结构实验数据的比较表明,该机理在温度为823～2 180 K、压力为0.005～2.0 MPa、当量比为0.2～2.6范围内能够准确描述甲醇氧化历程.用该机理计算所得的甲醇层流火焰速度和着火滞燃期与实验结果吻合得很好,对预混层流火焰模型中燃烧中间产物CH_2O、CO体积分数的计算结果相当准确.与其他简化机理相比,该机理适用范围更广;与全面的详细机理相比,该机理更适合与CFD多维模型耦合.     

柴油机燃用正庚烷及柴油时多环芳香烃与碳烟的演化规律

基于电控燃油喷射柴油机的全气缸取样系统,使用气相色谱-质谱联用仪及程序升温大体积进样方法,对柴油机燃用正庚烷和柴油过程中缸内多环芳香烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)和碳烟的演化规律进行了试验研究.结果表明:在燃烧过程中,芘、苯并[a]芘质量随曲轴转角呈单峰变化,萘、芴质量随曲轴转角呈"S"型变化趋势(先降低后升高再降低);碳烟的生成趋势与缸内温度呈较好的一致性,且碳烟与芘随曲轴转角具有相似的单峰状质量变化趋势,只是碳烟峰值出现的时刻稍有滞后.此外,正庚烷与柴油在柴油机中燃烧时生成的PAHs与碳烟具有相似的演化规律.     

适用于HCCI的正庚烷化学动力学简化模型的研究和比较

利用敏感性分析、主要组分分析以及准稳态假定3种方法,将含有44种组分和72个反应的SKLE正庚烷简化模型再简化到40种组分和56个反应;简化后的模型对滞燃期的预测结果与LLNL详细模型非常接近,与激波管实验结果基本吻合,适用于HCCI发动机的多维模型的计算.与其他模型比较发现,Patel等人的模型缺少在低温区起关键作用的反应,即二次加氧反应(.QOOH+O2.OOQOOH),而Tanaka等人的模型缺少了CO的主要生成历程;在HCCI发动机典型工况范围内,SKLE简化模型预测着火时刻与LLNL详细模型吻合最好,Tanaka等人模型和Patel等人模型表现稍差,说明构建简化动力学模型时必须保证低温反应路径主干完整,同时不能忽略CO的主要生成历程.