臭氧对天然气HCCI发动机燃烧影响的数值研究

HCCI（均质充量压燃）发动机的燃烧过程主要是受到燃料本身的化学反应动力学控制，因此改变燃料的化学性质能够有效地控制HCCI发动机的燃烧过程。由于天然气不易压燃的化学特性，所以天然气HCCI发动机低负荷运行时，会因燃烧反应速率过慢而出现火焰温度低、燃烧不充分甚至“失火”等现象。本研究中，通过耦合详细介绍天然气和臭氧（O3）的燃烧反应机理，并结合HCCI单区模型，模拟计算了进气道添加O3对天然气HCCI发动机燃烧相位的影响并进行化学反应路径分析。通过模拟计算与试验结果对比得出：进气道中添加10-40ppm的O3可以改变天然气的燃烧反应路径，实现对天然气HCCI发动机燃烧相位的控制。低浓度的O3能有效地改变天然气低温燃烧时的燃烧相位并提高缸内燃烧压力，拓宽天然气HCCI发动机低负荷工况范围。

汽油机利用非平衡等离子体强化燃烧的数值模拟

将低温等离子体作为点火技术应用于汽油机,需要克服高压环境放电不均匀的限制。高压纳秒脉冲放电可在汽油机内形成大面流注通道,扩大点火空间。该文研究了高压纳秒脉冲放电等离子体辅助汽油机点火的过程。利用放电动力学模型计算了内燃机环境下燃气混合物的放电过程,得到放电产生的组分及活性自由基的信息。并借助多区模型计算了放电产生的活性自由基对汽油燃烧的影响。结果表明:放电形成的自由基O、H能明显促进汽油的燃烧,缩短点火延迟时间,对提高稀燃极限有很大潜力。

非平衡等离子体对降低点火延迟的数值研究

针对航空发动机燃气停留时间短难以充分燃烧以及稀薄燃烧中点火能过高和火焰传播速度慢的缺陷,引入高压纳秒脉冲放电作为甲烷-空气混合气的点火源,利用放电产生的非平衡等离子体改善点火和燃烧性能。通过对放电过程的模拟计算,分析产生的粒子种类和密度,从电子能量分布的角度,分析粒子分布变化的机理。再结合CHEMKIN多区模型,研究放电产生的粒子在着火过程中对点火延迟产生的影响。结果表明,约化场强处于200~400 Td区间时产生单个自由基的能量消耗最低,每个自由基仅消耗8 e V。而随着约化场强增加,O、OH等自由基的粒子密度有不同幅度的增加。在着火过程中加入自由基的摩尔分数越大,点火延迟时间越短。将约化场强为400 Td时产生的自由基摩尔分数加入多区模型,稀燃时的点火延迟时间与化学当量比条件下的相比降低了24.4%。

基于详细化学反应动力学的RCCI燃烧过程建模及影响因素分析

活性控制的压缩着火(RCCI)燃烧方式利用燃料反应活性的差异,实现可控、有组织的低温燃烧。燃烧受燃料活性分层控制,燃烧过程的计算有赖于详细的化学反应机理。利用开源CHEMKIN子程序库,本文构建了适合RCCI燃烧的准维多区模型,通过与试验的对比,证明了该模型的合理性和可靠性。在此基础上计算了不同汽/柴油比例和喷油时刻对燃烧过程的影响,并分析了排放结果。

臭氧对天然气均质压缩燃烧的影响

针对均质压燃(homogeneous charge compression ignition,HCCI)技术仍存在着火时刻控制困难、燃烧不充分等问题,以天然气HCCI发动机为研究对象,通过建立HCCI单区模型,耦合CH4-O3反应机理,研究添加臭氧(O3)和一定臭氧浓度下初始参数对天然气HCCI发动机的燃烧过程和排放特性的影响。结果表明:添加O3可以使着火时刻提前,缸内温度和压力升高,且随着O3浓度增大效果越明显,增长幅度逐渐下降;提高进气温度使缸内压力峰值下降,当量比的增大使着火时刻延迟,提示可通过改变O3浓度和初始参数实现对燃烧相位的控制;O3浓度和发动机初始参数的增大均不同程度上促进了NOx排放。

CNG发动机等离子助燃数值模拟

文章针对CNG发动机仍存在较难控制燃烧相位和极限工况下燃烧不理想等问题,重点研究等离子体强化发动机的燃烧过程。利用CHEMKIN软件多区模型,基于详细的化学反应机理GRI-MECH 3.0,探究不同等离子体和添加臭氧对甲烷燃烧过程的影响规律。结果表明:等离子体可有效缩短点火延迟时间,自由基O的助燃效果更明显,0.5%O浓度条件下,可使点火延迟时间提前12.4°CA,燃烧最高温度上升182.01K,增加自由基浓度对燃烧反应的影响不大。此外,添加臭氧可使燃烧过程中自由基O的生成使反应提前,且随着臭氧浓度的增大强化作用增强,但增强幅度逐渐降低。