废气再循环和发动机运转参数对不同辛烷值燃料HCCI燃烧的影响

考察了废气再循环(EGR)、进气温度、冷却水出水温度和转速等发动机运转参数对HCCI发动机燃烧特征和排放特性的影响。实验结果表明:随EGR率提高,各种燃料的两阶段着火时刻推迟,燃烧持续期延长;高十六烷值燃料可以容许较高的EGR率,RON75最高仅可以采用45%的EGR;EGR对高十六烷值燃料的CO和UHC影响不大,对高辛烷值燃料的CO影响明显,并随EGR率增加CO排放升高。在其它运转参数中,进气温度对HCCI燃烧影响最为显著,随进气温度提高、冷却水温度升高,HCCI燃烧的着火时刻提前、燃烧持续期缩短,高辛烷值燃料的UHC和CO显著降低。转速升高,着火延迟,燃烧持续期延长。此外,研究发现,高辛烷值燃料对HCCI发动机的运转参数更为敏感。

适用于HCCI燃烧研究的甲苯参比燃料化学动力学简化模型(英文)

提出了一个适用于均质压燃着火(HCCI)燃烧过程的甲苯参比燃料简化机理模型,包含70种组分和196个反应.低温简化机理选用Tanaka等人构建的基础燃料氧化机理中的部分反应,加入本文构建的甲苯简化子机理中.高温简化机理主要利用到Patel等人的研究成果,同时加入关键反应[H+O2+M=O+OH+M].简化机理分别对替代混合物中的单组分、双组分、三组分物质进行了着火延迟期的预测计算,预测结果与实验结果较为吻合.与HCCI发动机实验的验证表明,对于各工况下甲苯参比燃料的缸内计算,该机理的预测能力是令人满意的.由此可知,本文提出的TRF简化机理在HCCI燃烧方面的预测性能是可靠的.HCCI发动机工况下最大放热率时刻的敏感性分析表明,随着压力的升高,C6H5与O2的反应变得更加重要;甲醛是非常重要的中间产物,是不应当被忽略的.

一个新的适用于HCCI燃烧及排放研究的PRF燃料化学反应简化机理

提出了一个适用于HCCI燃烧过程研究并能考虑重要排放物的基础燃料简化动力学机理，包含42种物质，62个反应。简化机理与激波管试验以及详细机理在理论当量比，温度范围667-1250K，不同基础燃料配比（PRF100、PRF90、PRF80、PRF60、PRF0）下对滞燃期的预测较为吻合。与快速压缩机试验对比表明，简化机理对PRF90燃料在不同当量比及不同初始温度下对滞燃期的预测较为准确。与HCCI发动机试验对比表明，简化机理在不同基础燃料配比下（PRF90、PRF75、PRF50、PRF25）对滞燃期的预测较为准确。敏感性分析表明，针对PRF75燃料HCCI燃烧情况，更多正庚烷反应影响低温着火进程，更多异辛烷反应影响高温着火进程，异辛烷的烯烃裂解反应对着火速率的影响很大。

不同辛烷值参比燃料HCCI燃烧特性的试验研究

对不同辛烷值基本参比燃料及其混合物在高速4缸柴油机上进行单缸HCCI燃烧试验,研究了燃料辛烷值、发动机冷却水温度、进气温度以及冷EGR率对HCCI发动机燃烧特性和排放特性的影响。结果表明;在同一当量比下,随燃料辛烷值增大,着火时刻推迟,燃烧放热速率降低,HC和CO排放增大。HCCI燃烧随负荷的增大、EGR率的减小、进气温度和冷却水温度的升高,着火时刻提前,燃烧放热速率加快。

用加速量热仪研究参比燃料的低温氧化特性(Ⅰ)

分析了两种参比燃料正庚烷和异辛烷氧化过程的化学动力学机理.在初始压力约1.5MPa和当量比为0.52左右的条件下,采用加速量热仪对两种基本参比燃料及其均匀燃/空混合物在450～650K之间的氧化特点进行了考察.实验结果表明两种参比燃料在450K时就有放热发生,并且随着自放热的发生正庚烷的压力逐渐升高,而异辛烷的压力在整个放热过程中基本保持不变,但当放热结束时却突然升高;正庚烷和异辛烷分别在598.5K和594.8K结束自放热,进入负温度系数区.

用加速量热仪研究参比燃料的低温氧化特性(Ⅱ)

基于用加速量热仪(ARC)对参比燃料与空气的混合物在低温条件下的氧化特性的实验结果,对ARC实验结果进行了热力学和化学动力学分析.根据能量平衡方程,推导出在较小的样品质量下,考虑到密闭容器中各种基本反应物质的比热容随温度变化时,热惰性因子的准确表达式,算出参比燃料在反应过程中的实际自放热率,并根据化学动力学分析求出正庚烷和异辛烷低温氧化动力学参数.对正庚烷和异辛烷的自放热率分析发现,它们都出现双峰现象,并分别在 589. 4K和 585. 7K时有最大放热率,随后在 598. 5K和 594. 8K结束自放热.

一个适用于甲醇—参比燃料混合燃料的简化反应机理

对参比燃料、甲醇及甲醇—参比燃料混合燃料的主要反应历程进行了分析,利用详细反应机理研究了甲醇—参比燃料混合燃料燃烧时基元反应的相互影响特性。采用集总反应法构建了一个包含45种物质、75个反应的甲醇—参比燃料混合燃料简化反应机理,并利用激波管试验、流反应器试验、详细机理计算结果和HCCI发动机试验对该简化机理进行验证。结果表明,简化机理计算结果与试验结果及详细机理计算结果能够很好地吻合。

适用于汽油参比燃料TRF的多环芳香烃生成机理

构造了一个包括287种组分和1569个反应的汽油参比燃料TRF(toluene reference fuel)燃烧过程中多环芳香烃(PAHs)生成机理的详细化学反应动力学模型,引入四种PAH生长路径将多环芳香烃的生成机理发展到芘A4(C20H12)水平,并通过对PAH产率的分析,指出乙炔(C2H2)、丙炔(C3H3)、乙烯基乙炔(C4H4)以及含有奇数碳原子的环戊二烯自由基(C5H5)和茚基(C9H7)等物质对PAHs生成和生长起到重要作用.该机理可以较准确计算基础燃料(PRF)和TRF火焰的着火延迟期、燃烧火焰中小分子(PAH前驱体C2H2、C3H4等)和PAHs的物质浓度.通过与实验数据的比较表明,该机理在不同温度、压力、化学计量比下具有较好的性能.由此分析,该机理对碳烟前驱物PAHs的预测性能是可靠的.

不同掺氢比对PRF燃料预混层流燃烧的影响

为了对掺氢汽油机缸内预混湍流燃烧过程进行更深入的研究,通过反应系数变异分析,优化了掺氢PRF燃料燃烧的化学反应动力学简化机理,采用CHEMKIN软件的Premixed模块,建立并验证了掺氢PRF燃料的预混层流燃烧模型,并在此基础上研究了掺氢对PRF燃料预混层流燃烧过程的影响.研究结果表明,掺氢促进了庚烷与异辛烷的脱氧反应及自由基H、OH的链锁反应,加快了相同初始压力温度以及化学当量比条件下PRF燃料的层流燃烧速度;此外,掺氢增加了NO的排放,但可以有效减小CO_2的排放.

基于质量法的辛烷值、十六烷值参比燃料配样机

针对人工操作需按照体积法配置参比燃料的精度缺陷,设计了一款基于质量法的全自动辛烷值、十六烷值参比燃料配样机。给出了该配样机的机械结构和控制流程。多次测试结果表明:配样机配置参比燃料误差仅为0.01%。

基于M-QSPR的乙醇-汽油参比燃料混合物辛烷值的理论预测

从分子结构角度出发,针对乙醇-汽油参比燃料混合物的辛烷值开展混合物的定量结构-性质相关性(M-QSPR)研究,建立相应的理论预测模型。采用原子碎片描述符对乙醇-汽油参比燃料混合体系的结构特征进行表征,应用遗传-多元线性回归算法从上述描述符中优化筛选出与其辛烷值最为密切相关的特征结构描述符,建立相应的两参数线性预测模型。模型复相关系数为0.987,预测平均绝对误差为1.478。模型内外部验证及稳定性分析结果表明,所建模型具有较强的稳健性及外部预测能力。对模型进行机理解释,揭示了影响乙醇-汽油参比燃料混合物辛烷值的特征结构因素及其影响规律。该研究为工程上提供了一种根据分子结构预测乙醇-汽油参比燃料混合物辛烷值的新方法。

燃料敏感性对部分预混燃烧影响的试验研究

配制辛烷值相同而敏感性不同的高辛烷值燃料,在一台改造的单缸试验发动机上进行了燃料敏感性对部分预混燃烧的燃烧和排放特性影响的研究。采用的不同敏感性的燃料为配制的甲苯参比燃料和市售92#汽油。研究结果表明:燃料敏感性越高,滞燃期越长,油气混合越充分,预混燃烧比例越大,NOx排放越高。燃烧重心(CA50)随着敏感性的增高先推迟后提前,敏感性为2的燃料CA50最迟。燃料敏感性越低,压升率越低,而市售92#汽油挥发性较强,预混比例较大,最大压升率最高;敏感性为2的燃料在上止点附近放热较多,指示热效率较高;汽油及敏感性为5和8的燃料的碳烟排放比其他燃料低。

基于不同燃料PAH特性改进的适用于多组分燃料的碳烟模型(英文)

将多环芳烃(PAH)骨架模型与甲苯参比燃料(TRF)氧化模型耦合,构建了一个新的TRF-PAH骨架模型.以新的TRF-PAH骨架模型作为燃料燃烧的气相化学反应模型,基于不同分子结构的燃料氧化过程中生成PAHs和碳烟的路径也不同的研究结论,本文进一步优化了以PAHs为碳烟前驱生成物的碳烟半经验模型.通过甲苯在流动反应器、搅拌反应器和激波管中的氧化/裂解实验验证发现,新的TRF-PAH骨架模型可以相对准确地预测小分子PAHs和重要中间组分的浓度.通过对比烷烃和芳香烃氧化过程中生成苯的计算值可以发现,燃料的分子结构对PAHs的生成路径影响很大.另外,改进后的碳烟模型利用甲苯、正庚烷/甲苯及异辛烷/甲苯混合物为燃料的激波管中裂解和氧化实验验证,结果表明在较宽的工况内碳烟模拟值与实验值吻合较好.最后,将新的碳烟模型应用于KIVA程序,模拟以TRF20为燃料的柴油机碳烟排放,结果表明TRF-PAH骨架模型和碳烟模型能重现缸内燃烧和排放的特性.

燃料辛烷值对HCCI燃烧特征和排放特性的影响

将一台4缸高速轻型柴油机中的一缸改装,使其具有独立的进排气系统和燃油供给系统,研究了参比燃料及其混合物在均质压燃过程中的着火时刻、燃烧速率和NOx、UHC、CO排放．考察了正庚烷、异辛烷和各种不同比例的混合物在常温、常压下各种负荷的燃烧特性．研究发现:随燃料辛烷值增加,第一阶段着火时刻推迟,燃烧持续期缩短,第一阶段反应结束时的压力升高量和温度升高量减少;第一阶段的累积放热量取决于燃料中高十六烷值燃料的浓度;第二阶段的着火时刻与第一阶段着火时刻呈线性关系;第二阶段燃烧持续期随当量比的增加而减小,且随辛烷值增加而延长;随燃料十六烷值和当量比增加,CO和UHC排放大幅度改善．

不同燃料自由喷雾及喷雾撞壁特性试验研究

运用相位多普勒(phase Doppler anemometry,PDA)系统对甲醇、乙醇、异辛烷、甲苯参比燃料(toluene reference fuels,TRF)和汽油5种燃料缸内直喷(gasoline direct injection,GDI)喷油器喷雾撞壁后的粒径粒速进行了全面的试验研究.结果表明:与汽油相比,甲醇、乙醇和TRF燃料自由喷雾的液滴速度更小,而液滴粒径更大.与自由喷雾相比,喷雾撞壁的入射液滴粒径较大,反弹液滴粒径较小;入射液滴的法向速度变小,喷雾撞壁后反弹液滴的法向速度变小,且不同燃料之间反弹液滴法向速度的差别变小.具有较大入射液滴直径和较高K值的乙醇和异辛烷燃料中,乙醇喷雾撞壁后反弹液滴的粒径(refD)小于异辛烷喷雾撞壁后的,其破碎效果好于异辛烷的,Mundo的模型需做修改.不同燃料喷雾撞壁后的反弹角度均在0°~90°范围内变化,而不是Stanton和Mundo模型中的65°~90°,因此模型中反弹角度的变化范围应增大至0°~90°.

HS—GC法测定甲醇燃料中的乙醇

采用HS—GC法测定甲醇燃料中的乙醇，选用加参一内加法定量，精密区实验变异系数为1．36％～2．15％，回收率为98．30％～102．75％．

PRF90低温重整产物对发动机燃烧和排放的影响

通过一台耦合了外置燃料重整器的单缸发动机,系统研究了温度对PRF90燃料低温重整产物及发动机燃烧特性的影响,并结合Chemkin软件进行了相关化学动力学计算和分析.结果表明:随着重整温度升高,重整混合气中甲醛、CO和CO2增多,重整混合气活性下降;PRF90燃料的重整产物导入到发动机中,燃烧相位改变;当重整温度<650 K时,燃烧相位随着重整温度的升高而提前,而当重整温度>650 K时,发动机发生失火现象;重整气的导入对发动机的燃烧稳定性影响有限;合理控制外置燃料重整器重整边界条件,可在降低有害排放的同时改善发动机的指示热效率(2%).

基于着火延迟数据的外延法预测燃料的十六烷值

前期工作提出了一种用基础参比燃料骨架机理根据滞燃期数据预测燃料十六烷值的方法。该方法受到参比燃料的组分（即正十六烷和异十六烷）自身十六烷值的限制，不适用于十六烷值超出15～100的燃料。针对这一问题，进一步提出了根据混合物的十六烷值，通过线性拟合方法预测十六烷值超出15～100的燃料的十六烷值，即外延法。结果表明，外延法可以预测十六烷值超出15～100的燃料的十六烷值，并且外延法无需已知纯燃料的十六烷值，但其具有误差累计特性。

参比液的水分离指数测定影响因素探讨

本文考察了喷气燃料的组成、气溶胶的使用、参比液的配制方法、仪器的搅拌棒转速、注射器推进时间等因素对水分离指数测定结果的影响,提出喷气燃料的组成及参比液的配制方法对测定结果有重要影响。