乙醇HCCI发动机微量排放物的模拟

为了研究乙醇均质充量压缩点燃(HCCI)发动机在缸内和排气管道中微量排放物CH2O(甲醛)、CH3HCO(乙醛)和HCOOH(甲酸)的形成演变过程,提出了乙醇简化反应机理与FLUENT软件耦合计算的方法,对乙醇HCCI发动机燃烧过程产生的微量排放物在缸内和排气管中的变化和分布进行了分析预测,同时还分析了不同当量燃空比和废气再循环率对甲醛和乙醛排放量的影响.结果表明:甲醛和乙醛是乙醇燃烧反应过程中的低温产物,缸内甲醛和乙醛的最终排放量随着当量燃空比的增加而减小,随着废气再循环率的增大而增加.     

压缩比和CO2对二甲醚燃料均质压燃燃烧的影响

在一台2-135柴油机上实现了纯二甲醚(DME)的均质充量压燃(HCCI)的燃烧方式.为了扩展发动机适用工况,控制HCCI着火,进一步通过调节试验发动机压缩比以及在优化的压缩比下在进气道中加入气体CO2的方法来改进和控制HCCI的燃烧.试验结果表明,DME的HCCI燃烧模式不但可以实现无烟燃烧,还可以有效控制发动机NOx排放,使其接近于零排放.在试验负荷范围内,CO排放随负荷增加而降低;HC的排放随负荷增加而减少.对DME的HCCI燃烧机理等进行研究表明,由于纯DME十六烷值高导致着火较早(上止点前28°左右),该发动机只能在中低负荷较小范围内运行.改进的燃烧方法可以有效地控制HCCI燃烧,拓展HCCI发动机运转范围.     

LPG浓度对DME/LPG混合燃料HCCI燃烧的影响

通过分析二甲醚（DME）与液化石油气（LPG）的化学反应机理，构建了反映DME／LPG混合燃料均质压燃（HCCI）燃烧的化学反应机理．采用该机理应用单区燃烧模型对DME／LPG混合燃料HCCI燃烧的化学反应动力学过程进行了数值计算，模拟研究了混合燃料中LPG浓度对HCCI燃烧的影响．计算结果与试验结果对比表明，所构建的DME／LPG混合燃料氧化的化学反应机理能够准确预测DME／LPG混合燃料的两阶段放热特性，对低温和高温着火始点的预测很好．模拟结果显示，改变DME／LPG混合燃料中LPG的浓度可以控制HCCI着火和燃烧；在DME中添加LPG可以拓宽发动机的负荷运行范围．     

改善二甲醚发动机燃油经济性的试验研究

为改善二甲醚发动机的燃油经济性,在一台直喷二甲醚发动机上进行台架试验,研究燃料供给系统结构参数以及往二甲醚里添加高热值的液化石油气(LPG)对二甲醚发动机经济性的影响。结果表明,适当增大喷射泵的柱塞直径、增加喷嘴喷孔数目并减小喷孔尺寸以及往二甲醚里掺混质量分数为30%的LPG燃料均能有效改善二甲醚发动机的燃油经济性。     

二甲醚均质压燃燃烧化学反应动力学机理数值模拟

应用单区燃烧模型对二甲醚(DME)均质压燃燃烧(HCCI)的化学反应动力学过程进行了数值模拟研究.通过分析在内燃机压燃燃烧边界条件下DME燃料氧化反应过程中的关键基元反应速度、关键中间产物以及自由基的浓度随曲轴转角的变化,得到了DME燃料燃烧氧化的反应途径.结果表明,DME燃料均质压燃燃烧具有明显的两阶段放热特性,即低温反应放热和高温反应放热;燃料脱氢产物的两次加氧反应是低温反应发生的关键;脱氢产物的第一次加氧反应转向脱氢产物的裂解反应是高温反应的主要途径.DME低温反应阶段的主要氧化产物包括甲醛(CH2O)和甲酸(HOCHO).     

二甲醚/甲醇混合燃料HCCI燃烧特性数值模拟

为了研究混合气浓度及燃料掺混对二甲醚/甲醇混合燃料HCCI（homogeneous charge compression ignition）燃烧特性的影响,对不同过量空气系数和二甲醚掺混比下的醇醚混合燃料HCCI燃烧过程进行了模拟计算,分析了缸内温度、压力、压力升高率、放热率和燃料消耗路径随过量空气系数和二甲醚掺混比的变化关系。结果表明,随过量空气系数增大,缸内压力、温度、放热率和压力升高率峰值减小,相位推迟,过量空气系数太大时,CO的进一步氧化反应会受到阻碍,使缸内产生大量的CO残留;随二甲醚掺混比的增大,缸内压力、温度峰值增大,相位提前,压力升高率和放热率峰值减小;二甲醚HCCI燃烧放热率曲线存在3个峰值,第1个峰值出现上止点前曲轴转角30°,为二甲醚低温氧化放热,对应缸内温度为804 K,第2个峰值出现在上止点前曲轴转角15°,对应缸内温度为1 193 K,为甲醛等中间产物氧化生成CO时放热,第3个峰值为CO氧化,生成CO₂时放热,第2和第3个放热率峰值为二甲醚的高温氧化放热阶段,与甲醇掺混燃烧时,二甲醚的低温氧化反应对混合气的燃烧起到了促进作用。     

柴油机燃用二甲醚排放实验研究

在ZS195直喷式柴油机实验台上进行了二甲醚的燃烧与排放试验，着重研究了甲醛及甲酸甲酯等非常规污染物的排放，并同时进行了常规排放物的研究．实验表明，DME燃烧物中HC的排放与甲醛的排放具有基本相同的规律：随平均有效压力的增加排放浓度下降．甲醛排放浓度与HC的排放浓度密切相关，实验数据表明，除少量数据外，HC的排放浓度与甲醛排放浓度呈线性关系．甲酸甲酯的排放与甲醛及HC无直接关系．同时，在DME的燃烧排放物中发现有微量甲酸甲酯的排放，但尚未发现DME燃烧排放物中有蚁酸存在．     

甲醇含量对二甲醚发动机性能和排放的影响

通过在纯二甲醚中掺混甲醇,研究燃料成分中甲醇含量的变化对二甲醚发动机性能和排放的影响。结果表明,随着甲醇含量的增加,二甲醚发动机的燃油消耗率增大、排气温度升高,HC、CO等气体排放增加,NO_x排放减少,发动机低负荷运行时影响更为显著;当甲醇含量高于3%时,二甲醚发动机HC排放显著增大,从发动机性能和尾气排放方面综合考虑,车用二甲醚燃料成分中甲醇含量以不高于3%为宜。     

二甲醚发动机燃料喷射过程及其影响因素研究

在一台2102QB二甲醚发动机上测量了高压油管两端的压力,在不同的发动机转速、负荷和不同的二甲醚燃料温度条件下比较了泵端、嘴端高压油管的压力,结合喷油器针阀升程信号计算了二甲醚燃料的喷射延迟期和持续期,以及不同二甲醚温度条件下的声速.试验结果表明:二甲醚的弹性模量小,压缩性大,喷射延迟期较柴油的长;二甲醚的温度对喷射的最高压力、持续期和压力波传播速度均有较大影响,二甲醚发动机的供油提前角需要根据发动机的转速和燃料温度重新匹配.     

二甲醚发动机中燃料与橡胶密封件的相容性研究

为了解决二甲醚燃料在发动机中的密封问题,开展了二甲醚燃料与橡胶密封件的相容性研究.分析了橡胶在二甲醚中溶胀的化学机理,并选出具有不同极性的橡胶材料进行耐二甲醚溶胀及溶胀前后拉断强度、拉断伸长率、硬度等力学性能的对比试验.试验发现:在含润滑添加剂(植物油)的二甲醚燃料中经过 72 h浸泡后,氟橡胶和丁腈橡胶的溶胀率和力学性能变化均比氟硅橡胶显著;氟硅橡胶在更长时间(40 d)的燃油浸泡后溶胀率最低,力学性能几乎没有变化.试验结果表明,氟硅橡胶可以很好地满足二甲醚发动机对橡胶密封件的要求.     

二甲基醚发动机HCCI燃烧与排放的计算

构建了可应用于均质充量压燃（HCCI）发动机的二甲基醚（DME）详细化学反应动力学M燃烧模型，该模型包含97种物种和457个基元反应．拓展M模型的应用范围，分析了DME发动机HCCI条件下关键基元反应和重要物种随曲轴转角的变化关系，获得了DME氧化反应的主要历程．研究了NOx的生成机理，结果表明NOx排放中NO生成量达到最大值后出现“冻结”现象，NO2与N2O最终排放浓度极少且受缸内温度影响不大．随着缸内温度的增加，NOx排放中NO所占比例逐渐增加．基于化学反应速率及敏感度分析，得到了DME发动机HCCI燃烧的NO排放主要受扩大Zeldovich机理和N2O途径控制．     

二甲醚燃烧机理的简化及其均质压燃燃烧验证

摘要： 基于积分计算奇异摄动法简化了二甲醚骨架机理,构建了包含24种物质和20个反应的二甲醚简化机理,并采用发动机单区模型进行验证.结果表明：所提出的二甲醚简化机理具有Curran等提出的详细机理的低温反应、负温度系数区、甲酸生成与消耗过程、高温反应等特征,而且与Curran等提出的详细机理的计算结果较吻合,表明其适用于二甲醚均质压燃过程的模拟计算;利用重要性因子进一步“修剪”后的二甲醚简化机理的适用性较差,表明原二甲醚简化机理的简洁度较高.     

深度废气再循环对二甲醚发动机性能及排放的影响

在一台两缸二甲醚发动机上开展了不同废气再循环(EGR)率下发动机的性能和排放特性研究,测量了不同工况下发动机的油耗,HC、CO和NO_x的排放.研究表明:二甲醚发动机可承受的最大EGR率接近60%,但在高负荷时,过大的EGR率会导致发动机燃油消耗率显著升高;EGR率对发动机的NO_x排放量影响很大,随着EGR率的增加,发动机的NO_x排放量大幅度下降,高负荷时下降幅度更大;EGR率增大,HC和CO排放增加,高负荷时增加的幅度更大,特别是当EGR率超过一定范围时,EGR率的增大会引起HC和CO排放的急剧增加;低负荷时,最佳EGR率应保持在30%左右,而高负荷时,应采用较小的EGR率.     

二甲醚/甲醇均质压燃的燃烧特性

为开究二甲醚/甲醇均质压燃的燃烧特性，在单缸发动机上进行了二甲影甲醇均质压燃的试验研究．结果表明，随二甲醚浓度增加，主燃烧时刻提前，燃烧持续期缩短，放热率峰值升高；随甲醇浓度增加，低温反应变得不明显，主燃烧时刻推迟，燃烧持续期延长，因此通过调节2种燃料浓度可以有效控制均质压燃燃烧过程．在均质压燃正常燃烧范围内，燃烧效率和指示热效率随二甲醚浓度的增加而提高，随甲醇浓度的增加而降低，通过采用较浓的二甲醚可以获得比较高的指示热效率值，试验中在较高负荷采用高浓度二甲醚时，指示热效率达到48％．     

不同燃烧模式下正庚烷燃烧发动机排气超细颗粒特性

在改造的发动机上研究了正庚烷缸内直喷压燃（CIDI）、进气道喷射均质压燃（HCCI）以及进气道 气缸喷射复合燃烧（CCCI）3种燃烧模式的发动机排气超细颗粒特性.结果表明,排气超细颗粒数浓度-粒径分布曲线随预混合率变化显著;CIDI燃烧时,排气超细颗粒以积聚模态微粒为主.随着预混合率的增大,排气积聚模态微粒数浓度明显降低,而核模态数浓度则显著增大;正庚烷HCCI燃烧时发动机排气超细颗粒以核模态微粒为主,积聚模态微粒数浓度很低;正庚烷CCCI和HCCI燃烧时发动机排气总颗粒数浓度明显较CIDI燃烧时高.排气核模态数浓度与HC排放明显相关.     

CO2/DME/CH3OH和CO2/DME/C2H5OH体系的汽液相平衡研究

文中基于对CO₂/DME,DME/CH₃OH,CO₂/CH₃OH和DME/C₂H₅OH体系汽液相平衡研究的文献调查,采用Gibbs-Duhems方程对实验数据做热力学一致性检验和热力学模型评价。研究表明,PR-NRTL模型组合对四个体系都有良好的表现。进而基于通过检验的二元体系数据拟合了5个组合的NRTL模型的交互作用参数,并以此模型研究了CO₂ /DME/CH₃OH和CO₂/DME/C₂H₅OH两个三元体系。计算给出的CH₃OH/DME/CO₂体系的VLE数据与文献值偏差很小,表明此PR NRTL模型组合能较好地描述其高压下的VLE行为,在此基础上对C₂ H₅OH/DME/CO₂体系的VLE行为进行了预测,给出了VLE相图。     

Elementary reaction allyl radical with oxygen

The elementary reaction between allyl radical with oxygen molecule was experimentally investigated. The allyl radical was produced via laser photolysis of C3H5Br in gaseous phase. Nascent vibrational excited products HCO, CO2, CH3CHO and HCOOH were recorded by the timeresolved Fourier transform infrared spectroscopy. The product channels of C2H5 CO2, CH3CHO HCO, and HCOOH C2H3 have been identified. The vibrational populations of product CO2 are obtained by spectral simulation. A mechanism forming a series of three-membered ring-struc-ture intermediates is suggested.