正丁醇/柴油PAHs简化机理的构建与仿真

为了探讨正丁醇/柴油碳烟的生成途径,分析了正丁醇氧化历程和PAHs(苯、萘、菲、芘)生成路径,保留了与正丁醇/柴油混合燃料PAHs生成密切相关的基元反应,对正丁醇的氧化机理和PAHs的生成机理进行了简化,并加入正庚烷简化机理,构建了由73种组分和89个基元反应的正丁醇/柴油PAHs简化机理.采用简化机理对正丁醇/柴油混合燃料的反应温度等参数进行模拟,结果与反射激波管试验结果一致,验证了简化机理的可行性.在此基础上通过模拟计算,分析了正丁醇/柴油不同掺混比、当量比的PAHs生成量和生成速率随时间变化的规律.结果表明:随着正丁醇掺混比的增加,PAHs生成量和生成速率逐渐减小,峰值出现时刻推迟,总生成量的降幅依次增大;随着当量比的增大,PAHs物质的量峰值增大,峰值出现的时刻推迟.     

甲醇/F-T柴油预混燃烧的数值模拟

应用CHEMKIN-PRO化学动力学软件,构建甲醇/F-T(Fischer-Tropsch)柴油表征燃料燃烧简化动力学机理(包含101种组分,692个基元反应).利用反射激波管模型模拟甲醇/F-T柴油在柴油机预混燃烧时的燃烧状况,探讨了在不同初始预混燃烧条件和不同甲醇掺混比下甲醇/F-T柴油的燃烧特性.模拟结果表明:初...     

柴油机燃烧过程中多环芳香烃的生成机理

以正庚烷和甲苯作为柴油燃料替代混合物,构建了1个包含多环芳香烃（PAHs）的柴油燃料替代混合物燃烧化学动力学机理,PAHs的生成考虑到5个苯环。该机理包括153种组分,697个基元反应。在激波管、正庚烷预混火焰和均质充量压燃着火发动机条件下对该机理进行了验证,结果表明构建的机理在HCCI燃烧方面的预测性能是可靠的,可以进一步简化,进而为CFD多维模型与化学反应动力学模型相耦合计算燃烧和排放提供了可行的途径。     

柴油/甲醇高温富燃动力学机理的简化

采用直接关系图(DRG)法和敏感性分析(SA)法对包含261种组分、1,338个反应的柴油/甲醇高温氧化机理进行了简化.开发了适用于层流火焰模型的DRG简化程序,取阈值0.01得到包含65种组分、409个反应的初步简化机理,将该机理与详细机理的模拟结果进行了对比分析;在初步简化结果的基础上,采用SA方法进一步得到包含61种组分、151个反应的简化机理.简化机理对参比燃料中甲苯和产物中苯的模拟结果与层流火焰的试验值吻合较好,能反映碳烟前驱体的演化过程;氧化剂、主要产物以及其他参比燃料的预测值与试验值接近,可以描绘层流预混火焰结构;简化机理与预测双燃料着火的23步反应机理结合后,应用到缸内燃烧的三维模拟中,可以较为准确地预测缸内压力和放热率的变化.     

汽油/加氢催化生物柴油混合燃油简化机理的构建及验证

针对汽油/加氢催化生物柴油(HCB)混合燃油可改善汽油直喷压燃模式中低负荷着火困难和燃烧不稳定的现象,基于燃油分子结构和理化特性相似原则,提出了正十六烷作为加氢催化生物柴油的表征燃料.采用多种简化方法对正十六烷详细机理(POLIMI＿1 412)进行简化,并与汽油表征燃料骨架机理以及氮氧化物子机理进行耦合,获得了82个组分和370步基元反应的汽油/HCB混合燃油简化机理.采用反应路径分析和敏感性分析方法,对部分反应的反应速率常数进行优化.结果表明：对着火延迟期的敏感性分析发现,各反应的敏感性随温度和当量比变化显著;低温工况下,大多数低温反应对着火起控制作用,而对于层流火焰速度,主要是小分子反应起控制作用;通过对简化机理的着火延迟期、层流火焰速度和组分摩尔分数进行对比验证,以及对简化机理在压燃发动机仿真中的适用情况进行验证,发现简化后获得机理可以很好预测汽油/HCB混合燃油着火燃烧特性.     

甲烷/空气燃烧简化机理及其应用

为了找到适合活塞式发动机甲烷燃烧的化学反应动力学简化机理,从甲烷燃烧详细化学动力学机理出发,利用敏感性分析法,分析了包括多个不同组分的22步、39步、51步和58步基元反应的4种不同简化机理,并根据活塞式发动机的燃烧特点,将这4种简化机理应用于均匀搅拌反应器模型内甲烷/空气预混燃烧过程的计算中。研究结果表明:与详细反应机理的计算结果相比,当采用较少步数的22步基元反应的简化机理时,计算得到的燃烧温度结果误差较大,且出现明显的峰值后移现象,计算误差最大可达到12.5%。但随着采用基元反应简化机理的步数增加,这些误差明显减小。当采用58步基元反应的简化机理时,计算得到的出口温度和主要组分物质的量浓度随当量比变化的结果,与详细反应机理计算得到的结果基本吻合,最大误差不超过1%。这说明58步的基元反应简化机理包括了主要的反应式,计算结果具有足够的精度,可以很好地预测甲烷/空气预混燃烧现象。     

高炉煤气燃烧反应的敏感度分析

对详细化学反应机理的简化是高炉煤气燃烧模拟的一个重要步骤.使用CHEMKIN软件,针对一维稳态层流预混燃烧模型,通过分析高炉煤气内主要组分在各个基元反应中对燃烧速率的影响,将详细化学反应机理简化为高炉煤气燃烧的基干机理.将化学反应简化机理与详细机理的计算结果进行对比验证,用详细反应机理计算高炉煤气燃烧反应的时间为18s,而使用简化反应机理的计算时间则不到1s.组分摩尔分数差值不超过0.4%,验证了简化机理的可靠性.     

甲醇/柴油PAHs形成途径的动力学模型与仿真

对甲醇/柴油化学反应和多环芳香烃(PAHs)的生成机理进行了分析,构建了由228种组分和1 584个基元反应组成的甲醇/柴油PAHs计算模型.采用CHEMKIN软件中的reflect shock和均质零维反应模型,研究了甲醇/柴油混合燃料的PAHs生成过程及变化规律.结果表明:该模型能准确预测甲醇/柴油燃烧过程中的反应温度,甲醇摩尔分数,反应中间产物CO,CO2,O2的摩尔分数随时间的变化规律和着火延迟;甲醇/柴油燃烧过程中,单个苯环主要通过丙炔基聚合和环化反应以及苯基的加氢反应形成;多个苯环主要通过脱氢加乙炔反应形成;PAHs的生成量随着甲醇掺混比例的增加而下降;随着混合气当量比减小,PAHs的前驱体C2H2,C3H3生成量减少.     

甲醇空气预混层流燃烧的简化化学反应动力学机理

基于甲醇氧化的详细反应历程,利用敏感性分析的方法,提出了一个用于描述甲醇空气预混层流燃烧速度的包含18种组分、28步基元反应的简化化学反应动力学机理.研究发现,在甲醇的氧化过程中,甲醇的分解反应及H、OH等自由基的链锁反应具有十分高的敏感性,其中HCO+M和H+O2分别是产生H、OH自由基的主要反应.计算结果与实验结果对比表明,该简化机理可以较合理地模拟当量比为0.6～1.2以及不同初始温度下的层流燃烧速度和火焰结构.与详细机理相比,该机理更适合与CFD三维数值模拟软件耦合.     

EGR对不同生物柴油/柴油掺混比下碳烟前驱体形成的影响

以生物柴油和柴油混合燃料为研究对象,采用AVL-Fire和Chemkin软件耦合,简化正庚烷-癸酸甲酯-9-癸烯酸甲酯燃烧反应机理作为燃烧化学反应动力学机理,构建了有3 299个组分和10 806个基元反应的生物柴油/柴油化学反应动力学模型,分析了EGR率和生物柴油/柴油掺混比对乙炔、苯、萘、菲和芘等碳烟前驱体生成规律的影响.结果表明:碳烟前驱体主要生成于预混燃烧阶段;随着曲轴转角的增加,碳烟前驱体生成量呈先升高后降低的趋势;随着生物柴油/柴油掺混比的增加,碳烟前驱体的初始生成时刻提前,生成量峰值和最终生成量都有所降低;随着EGR率的增加,生成量峰值时刻都有所滞后,乙炔生成量峰值降低,最终生成量逐渐升高,苯、萘、菲和芘最终生成量有所增加.     

4类碳氢燃料的高温燃烧反应简化建模

以正辛烷(n-C_8H_(18))、异辛烷(i-C_8H_(18))、甲基环己烷(CH_3cyC_6)和正丁基苯(A1C_4H_9)4类大分子碳氢燃料为对象,探究了简化建模方法对含不同官能团的碳氢化合物燃烧反应动力学的适用性。建立了上述4类碳氢燃料的简化反应动力学模型,包含124个化学组分和854个基元反应;采用热解反应和氧化反应过程的主要中间产物分布、点火延时时间、层流燃烧速率等基础燃烧数据对该模型进行验证;分析了4类燃料中间产物的碳分布及对宏观燃烧特性的影响;以n-C_8H_(18)为例,采用误差传播直接关系图谱法对所建简化模型进行进一步简化,简化后的模型包含56个化学组分和387个基元反应。结果表明:本简化建模方法不仅对直链烷烃和支链烷烃有较好描述,同时适用于环烷烃和烷基芳香烃的燃烧化学;不同官能团的大分子碳氢燃料裂解中间产物的不同决定了其宏观燃烧特性;该建模方法通过进一步简化,可有效与先进计算流体力学CFD软件或代码耦合,用于对真实发动机系统的仿真模拟。     

柴油-生物柴油混合燃烧对碳烟排放的影响

应用零维单区模型对柴油-生物柴油混合燃料在内燃机中的燃烧进行了数值模拟计算,从化学动力学角度,通过分析混合燃料在内燃机均质压燃边界条件下燃烧的关键中间产物和最终生成物的摩尔分数变化以及关键基元反应,总结出了生物柴油掺入柴油后燃烧对碳烟排放的影响.结果表明:生物柴油甲基酯团中的氧原子在燃烧反应过程中始终与燃料中的一个C原子相连,因此使可能生成(soot)的C原子减少,从而降低了混合燃料soot的排放.但生物柴油与其他有氧燃料相比,如乙醇,掺入柴油燃烧降低soot排放的效果要差,有氧燃料中含氧部分的化学结构的差异会对降低soot的排放产生不同效果的影响.     

汽油PRF简化化学反应动力学模型的构建研究

利用反应路径分析和敏感性分析方法对异辛烷和正庚烷的详细化学反应动力学模型进行简化,根据“半解耦”思想,以C0~C1的小分子机理作为汽油基础参考燃料（PRF）的“内核”,构建了包含41种组分和131个反应的PRF简化化学反应动力学模型,并通过了基础反应器包括激波管（ST）、一维层流火焰速度（LFS）和射流搅拌器（JSR）...     

四组分汽油替代燃料的化学动力学模型

该文通过反应路径分析和灵敏度分析,发展了甲苯氧化子机理,进而构建四组分(异辛烷、正庚烷、甲苯、乙醇)汽油替代燃料的化学动力学模型。该模型包含75个组分和305个基元反应。验证结果表明:该模型不仅能够准确计算单组分燃料的着火延迟时间、火焰传播速度和火焰结构,而且在一定的压强和温度范围内,能够较准确地计算多组分汽油替代燃料的着火延迟时间,反映不同辛烷值汽油的自燃特性。该文提出的四组分汽油替代燃料动力学模型包含较少的组分数与基元反应数,更有利于在汽油燃烧的多维计算流体动力学(CFD)模拟中得到应用。     

甲醇简化机理及其在HCCI燃烧分析中的应用

采用敏感度分析法对甲醇详细机理进行简化,提出一个可用于均质充量压缩点火(HCCI)燃烧过程的甲醇简化动力学模型,包括16个物种17个基元反应,涉及甲醇的氧化反应、甲醛和CO的生成子模型.应用该简化机理模型对甲醇HCCI发动机的燃烧与排放特性进行的算例分析表明,简化机理模型在燃烧放热特征时刻、燃烧累积热效应以及发动机缸内温度和压力曲线的预测值均与详细机理模型的计算值较为符合,计算时间缩短.     

高压环境下高炉煤气化学反应机理敏感性分析及机理简化

为了解决数值研究过程中缺乏适用于高压条件下高炉煤气简化机理的问题,利用敏感性分析方法、借助一维层流预混反应器模型,分析了各基元反应对燃烧速率的影响程度。通过选取敏感性较大的反应并修正其在高压条件下的反应动力学参数,将详细反应机理简化为一套适用于常压至3 MPa燃烧环境下的18步简化机理。采用简化机理、GRI3.0机理和Davis机理分别对层流火焰速度、点火延迟和组分摩尔浓度等参数进行了计算并与实验数据进行了对比。结果表明,在常压及高压条件下18步简化机理获得的计算结果与实验结果吻合较好,其为高压条件下高炉煤气等低热值气体燃烧特性的数值研究奠定了基础。     

基于敏感性分析的甲烷反应机理优化简化

通过对包含53种组分、325个可逆基元反应的甲烷燃烧反应机理(GRI-Mech 3.0)的简化结果与原机理动力学计算结果的比较,证明最优简化法取得了良好的效果.同时,结合敏感性分析法深入揭示了甲烷燃烧过程中甲烷和氮氧化的化学过程.     

甲醇微小尺度燃烧反应动力学模型的简化和优化

采用基于误差传播的直接关系图法（directed relation graph with error propagation,DRGEP）、全物种敏感性分析法（full species sensitivity analysis,FSSA）和基于反应路径法的直接关系图法（directed relation graph with path flux analysis,DRGPFA）对甲醇燃烧详细机理进行了简化,利用敏感性分析法筛选出关键基元反应,通过指前因子扰动法进行粗扰动和细扰动分析,并对甲醇简化机理进行了优化和验证。结果表明,FSSA简化机理含有16种组分、65个基元反应,能较准确的预测点火延迟时间和层流火焰速度;V6–3–4优化机理的预测精度较详细机理更接近试验值。     

耦合详细反应动力学机理的碳氢燃料预混火焰结构数值预测

理论研究碳氢燃料、空气预混气流动燃烧过程数值计算方法 以碳氢类燃料中具有代表性的柴油为例 ,采用其最新研究的化学反应动力学机理 (包含 32 7个基元反应 ,涉及 71种组分 ) ,使用美国SANDIA国家实验室开发的CHEMKIN系列软件、PREMIX程序和LAWRENCE国家实验室开发的解刚性反应系统算法器 ,模拟了不同工况下预混火焰中温度、反应物、主产物和自由基浓度随火焰高度的变化关系 ,为反应设计提供依据     

适用于HCCI的正庚烷-二甲醚混合燃料简化机理的构建及不同混和比对燃料影响的研究

在正庚烷和二甲醚单独燃烧的详细机理基础上,提出分别适用于正庚烷和二甲醚的简化机理,其中,二甲醚的简化机理包括24个组分、28个反应,正庚烷的简化机理包括41个组分、48个反应.验证后发现,2个简化机理与详细机理较吻合.将2个简化机理耦合,尝试提出适用于均质压燃发动机的正庚烷-二甲醚混合燃料燃烧的简化机理模型.混合燃料的简化机理模型包括51个组分、64个反应.保持简化过程中的工况,将实验所得的数据与简化机理对比,验证该简化机理的有效性.结果表明,简化机理在一定程度上能有效反应缸内压力和温度的变化情况.为进一步验证简化机理的有效性,在不同工况下进行简化机理计算和实验研究,并将实验结果与计算结果进行对比.结果显示,简化机理在一定范围内可反映缸内压强、温度的变化情况,且在着火延迟时间以及主要物质的变化趋势方面,简化机理的计算结果和实验的结果基本一致.在分析混合燃料燃烧简化机理模型的基础上,对比不同掺合质量比对混合燃料体系缸内压强、温度和着火延迟时间的影响.研究结果显示,少量二甲醚掺入混合燃料可有效提高上述参数.