正十四烷在柴油机条件下芳香烃的形成及演化

以单缸直喷柴油机为研究背景,考虑了正十四烷（C14H30）燃料的详细化学反应机理,设计了化学成分的焓值计算程序,对缸内燃烧过程进行三维数值模拟计算,研究了诱发碳烟颗粒先导物生成的单环及多环芳香烃（PAHs）的形成,应用Belardini碳烟模型讨论了缸内碳烟颗粒的形成和演变过程,分析了PAHs对碳烟生成的影响．结果表明...     

柴油-甲醇组合燃烧碳烟排放模型

采用柴油-甲醇组合燃烧模式可以大幅度降低柴油机碳烟排放．由于组合燃烧模式碳烟排放机理与传统柴油机不同,因此对采用组合燃烧的柴油机进行性能预测,需要建立新的碳烟排放模型．在试验研究的基础上对广安博之的两步碳烟排放模型进行修正,提出了一个新的碳烟生成模型．该模型考虑到了甲醇对碳烟生成的影响．模拟结果与试验结果对比分析表明,该模型计算结果与实测结果一致性良好,能够用来预测柴油一甲醇组合燃烧发动机的碳烟排放．     

CFD耦合化学动力学模拟EGR对柴油机燃烧的影响

研究了柴油机低速部分负荷工况引入不同EGR对缸内燃烧排放特性的影响.将CHEMKIN-Ⅱ化学反应求解器集成到KIVA 3V Release 2程序中,用正庚烷化学反应机理替代柴油燃烧,建立柴油机缸内燃烧数值模拟模型;结合试验数据,模拟分析喷油时刻保持不变,EGR率(废气再循环)从0%增加到60%的燃烧过程、NOx和碳烟排放.结果表明:引入大比例EGR后点火延迟明显增长,燃烧相位推迟,燃烧温度降低;较低燃烧温度避开了NOx的高浓度生成区,EGR率60%时NOx排放比无EGR时降低93.5%;但高EGR率未使燃烧路径避开碳烟生成区,加之较低的氧浓度不利于碳烟的氧化,碳烟排放增高.     

乙炔火焰中添加H_2O/CO_2对碳烟颗粒尺寸分布的影响

基于颗粒群平衡理论,构建一维层流预混火焰中碳烟颗粒动力学演化过程的数学模型.该模型包含了颗粒的成核、凝并、表面生长和氧化等过程,采用Monte Carlo随机算法进行求解.结合详细的化学反应机理,搭建了求解碳烟颗粒尺寸分布的计算平台.分析了乙炔层流预混火焰中添加二氧化碳和水两种组分时对碳烟生成的影响,获得了0%、20%和40%3组不同添加比例下的碳烟尺寸分布.结果表明,在当量比为2.5且保持不变的情况下,添加二氧化碳和水能够有效降低碳烟的生成,其中添加40%水时对碳烟的抑制效果更加明显;同时,二氧化碳和水的添加使得大粒径碳烟颗粒数量降低.     

低温等离子体处理柴油机有害排放试验

根据低温等离子体的产生原理和柴油机有害排放物的生成特点，设计了结构和功能具有实用性的等离子体反应器；通过静态试验研究了介质阻挡放电的放电特性及其影响因素，探讨了低温等离子体的化学反应机理；通过柴油机台架试验对低温等离子体处理柴油机排气中的碳烟和NOx进行了研究．结果表明。选用介电常数较大、厚度较薄的介质材料以及合适的放电间隙容易产生强烈的放电，低温等离子体对碳烟具有较高的去除率，亦可有效减少NO，而NOx总量基本不变．排气在等离子体反应区内的有效滞留时间是影响转化效率的重要因素．     

EGR柴油机的碳烟排放预测

考虑到OH基的氧化作用,将OH基氧化模型嵌入KIVA-3V软件内,应用在柴油机排放计算中,验证了模型的正确性,分析了EGR率(5%,10%,15%,20%和25%)对柴油机碳烟排放的影响.结果表明:计算得到的碳烟排放与测量值吻合较好;与原碳烟氧化模型相比,修正的氧化模型能较好地预测碳烟排放;EGR率增加,小负荷下的碳烟排放增加幅度较小,中高负荷下的碳烟排放增加幅度较大,特别是在大EGR率时,碳烟排放增加幅度更大;EGR率增加时,碳烟生成量和氧化量均减少,氧化量减少更多,高质量浓度碳烟分布区域更广;EGR率对OH基的抑制作用在燃烧中期较为明显,而且负荷越大,OH基体积分数随EGR率的加大变得越低.     

用改进的多区模型计算柴油机中的燃烧和排放

在广安博之直喷式柴油机多区燃烧模型的基础上,改进了燃油雾滴的运动和蒸发模型,以及碳烟的生成与氧化模型,增加了缸内挤流和涡流模型、油滴碰壁和反弹模型,计算结果表明,改进后的油束运动模型比原模型更加合理,较好地解决了空气卷吸问题,在不同转速和负菏工况下均能获得令人满意的精度,能够反映缸内与各区内的燃烧与排放物生成情况,用改进的多区模型可以较好地研究直喷式柴油机的工作过程及其排放。     

乙炔/空气层流预混火焰中氢气添加对碳烟颗粒生成的影响

构建一维常压稳态层流预混火焰中碳烟颗粒动力学演化过程的数学模型,采用内插值的矩方法对该数学模型进行数值求解,并与含有碳烟前驱物的化学反应机理进行耦合,基于Fortran语言,建立碳烟生长演化的数值计算模型,在此基础上,分析乙炔/空气层流预混火焰中氢气添加对碳烟颗粒生成的影响。研究结果表明:氢气的添加可以通过改变火焰温度、稀释效应以及化学反应抑制作用来改变碳烟形成过程中的化学反应及颗粒动力学事件,从而减缓火焰中PAHs生长,降低碳烟颗粒的成核率、凝并率和表面生长率,对碳烟颗粒的生长起到了一定抑制作用。     

菲分子作为成核和沉积组分的碳烟生长研究

将菲分子(A3)作为成核和沉积组分,重建了碳烟成核和表面沉积模型,结合详细的化学反应机理,模拟了低压乙炔/氧气/氩气层流预混火焰,获得火焰中主要气相组分摩尔分数和碳烟颗粒体积分数、粒径等相关信息.通过将模拟值与实验值对比分析,结果表明:采用改进的碳烟模型可以较为准确地预测主要气相组分的摩尔分数,该模型对碳烟颗粒的数密度、体积分数和表面积的计算更为准确,验证了模型改进的有效性.     

直喷式柴油机排放性能仿真研究

以直喷式柴油机燃烧过程现象学描述为基础,利用BOOST软件建立柴油机的准维多区现象学燃烧模型,对增压直喷式柴油机的排放特性进行仿真计算,其计算结果与实验数据取得了良好的一致性.利用三维仿真软件FIRE对其在标定工况下排放物的生成分布进行分析对比.讨论调整喷油始点对控制直喷式柴油机排放性能的影响.仿真结果表明,喷油始点提前越多,NOx生成增加,碳烟则有所减少.     

高速直喷柴油机碳粒形成和氧化规律的研究

为研究高速Ｆ１２０柴油机燃烧过程中碳粒在不同的火焰条件下形成和氧化的 规律，运用缸内瞬态取样技术和火焰辐射测量技术在该机采用多孔喷射、雾化燃烧系 统和伞喷、预混合燃烧系统时，测取了以预混合燃烧为主和以扩散燃烧为主的两种燃 烧过程中碳粒、氧浓度和火焰温度变化曲线。结果表明柴油机以预混合燃烧时因混合 气结构均匀和较快的燃烧速度对扼制碳粒的形成有较明显的作用．     

均质燃烧降低柴油机碳粒与NOx生成的研究

通过对以扩散燃烧为主的非均质燃烧与以预混合燃烧为主的均质燃烧中燃烧温度，碳粒生成、ＮＯｘ形成，以及它们之间关系的研究，发现非均质燃烧中的高温，低氧浓度区不仅产生了碳粒，而且不易迅速氧化碳粒，导致较长的高温时间促使大量的Ｎｘ生成，而均质燃烧则会同时降低碳粒与ＮＯｘ生成。     

Influence factor of diesel soot formation in diesel engine combustion predicted by multistep soot model with highlight in soot surface activity

As more strict regulations on soot emission with increasing emphasis on the emitted soot particle size have been imposed, diesel engine partially premixed combustion had been proven to achieve ultra-low NOx and soot emissions with high thermal efficiency simulta- neously, by synergy control of mixing and chemical parameters. It calls for further study in the effect of com- bustion boundaries on soot formation. In this study, soot formation characteristic was investigated by CFD code coupled with reduced n-heptane model and improved multistep soot model. History of acetylene, which is taken as the main species of PAH formation and soot surface growth, plays more important roles on soot prediction. The revised parameter of fraction of active sites αCH was introduced as the indicator of soot surface activity in diesel soot formation. The effects of combustion boundaries on soot surface activity and soot surface growth were explored in this study. When the mixture was quite homogeneous, lowered combustion temperature was the main factor for reduced soot formation due to the lowered specific surface growth rate RCH, in spite of ec/4 increasing slightly due to the slowed decay rate of surface activity. As the inhomo- geneity of the mixture was increased, more unburned hydrocarbons were produced, promoting the formation of acetylene and soot surface activity. It was the dominated reason for higher soot surface growth rate, resulted wors- ened engine-out soot. In addition, residual of CO in later combustion phase impeded the re-oxidation of soot.     

基于精细碳黑模型的柴油机燃烧模拟

为更好地预测及分析柴油机污染物碳黑的产生特性,需要开发具有广泛应用价值的碳黑模型。该文以正庚烷作为燃料模拟物质,基于正庚烷氧化的气相反应机理,及描述固相碳黑颗粒形成物理、化学过程的详细动力学模型,对直喷式内燃机工作过程中的化学反应流进行了数值模拟计算。计算得到了柴油机燃烧室内多环芳烃质量、碳黑质量、体积分数随转角的变化曲线。在一定燃烧室壁面温度条件下,得到典型的多环芳烃质量、碳黑质量、碳黑体积分数均与测试水平相符,碳黑质量随转角变化曲线也与测试结果吻合较好。     

不同海拔条件下柴油燃烧火焰温度和碳烟特性研究

为了研究海拔条件对柴油机冷起动阶段柴油燃烧过程的影响,在定容燃烧弹台架上模拟了平原和海拔2000 m工况下柴油机缸内的热力学状态,利用双色法获取了不同工况下柴油火焰温度和表征碳烟浓度的KL因子分布. 结果表明,随着海拔由0 m增加至2000 m,环境温度、压力同时降低产生了耦合作用,导致柴油滞燃期由2.0 ms增大至3.13 ms.海拔升高后,柴油燃烧过程中平均火焰温度降低,局部高温区域消失,KL因子总量减少. 海拔条件变化影响了碳烟特性和火焰温度的关系. 随着海拔升高,火焰温度降低,导致碳烟氧化主导阶段碳烟氧化速率降低,局部火焰温度对局部碳烟浓度的影响减小.      

富氧燃烧对柴油机低温燃烧反应机理影响的数值分析

从柴油机缸内燃烧反应的化学反应动力学机理出发,利用CHEMKIN软件对富氧燃烧时的低温反应进行了研究,运用计算流体动力学分析方法,通过耦合柴油机三维燃烧模型和正庚烷氧化反应动力学模型对低温反应机理中重要的脱氢反应和加氧反应过程进行了数值分析.对比空气助燃、富氧浓度对脱氢反应和加氧反应的影响发现:富氧燃烧能够促进脱氢反应,在压缩的上止点时刻,氧的体积分数分别为23%、25%和27%时的缸内脱氢产物C7H15的质量分数最大值分别是空气助燃时的1.95倍、4.77倍和291.58倍;加氧反应的速率随富氧浓度的升高呈线性增长趋势;富氧燃烧可以提高柴油机的热效率,使缸内生成更多的OH自由基,从而加快了后续的中温反应和高温反应速度.