CH4-H2混合燃料在HCCI中燃烧的数值模拟

为了研究初始参数对不同掺氢比CH4-H2混合燃料的均质压燃(HCCI)燃烧性能的影响,采用燃烧软件包Chemkin进行了数值模拟,并利用生成速率(ROP)分析法研究了掺氢比和过量空气系数对NO排放主导机理的影响.研究表明,掺氢比、压缩比、进气温度、空气过量系数通过影响发动机内的温度继而影响NOx排放;高掺氢比时可以通过适当降低压缩比和进气温度并增大空气过量系数从而控制NOx的排放.分析表明,掺氢比增大,热力型机理贡献率随之增大,占主导地位;过量空气系数增大,热力型机理贡献率减弱,N2O中间体机理贡献率增大,过量空气系数为2.5时,两种机理的主导地位大致相当.

对异十六烷详细机理的简化研究

异十六烷作为一种异构烷烃,常用作构建模型燃料模拟汽车发动机的实际燃油来分析发动机的燃烧或排放特性。利用包含误差传播的直接关系图法(DRGEP)对异十六烷反应机理进行初步简化;利用生成/消耗速率分析法(ROP)对反应机理进行二次简化,分析各组分反应速率并删除次要组分及其参与的次要反应,并通过粒子群算法优化敏感反应的参数来减小ROP简化后的模拟结果偏差;采用敏感性分析法(SA)对反应机理进一步简化,分析对三种反应器的重要反应,并分别以自定义阈值删除目标参数的次要反应或补充重要反应,最终得到83组分299步反应的异十六烷简化机理。结果表明,简化后的机理在描述异十六烷与空气燃烧过程的滞燃期、反应物和产物的组分浓度演变历程以及火焰传播速度方面具有和详细机理相当的计算精度。

天然气简化反应机理构建与验证

采用6种详细反应机理对多工况条件下天然气的着火延迟时间、层流燃烧速度以及氧化过程中主要组分摩尔分数进行了数值计算,并与相应试验数据进行了对比分析。结果表明:相比于其他5种详细反应机理,Aramco 2.0机理在天然气的着火延迟、层流燃烧以及氧化特性的预测上精度最高。基于Aramco 2.0机理,通过路径敏感性分析、生成速率分析与反应路径分析,形成了天然气(CH_(4)/C_(2)H_(6)/C_(3)H_(8))的初始简化机理(包含21种组分、150个反应);同时,基于解耦法,耦合初始简化反应机理中的C_(1)~C_(3)反应机理、H_(2)/CO详细反应机理和NOx简化反应机理,构建了天然气的简化反应机理(包含40种组分、189个反应)。通过与相应试验数据的对比发现,该简化反应机理能很好地预测多工况条件下天然气的着火延迟、层流燃烧与氧化特性。