非平衡等离子体辅助汽油和甲烷燃烧的数值模拟研究

发布时间：2017-12-06 21:01

  本文关键词：非平衡等离子体辅助汽油和甲烷燃烧的数值模拟研究

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【摘要】：如今污染排放日益加剧,能源消耗也逐渐增加,开发新的高效率低排放的内燃机迫在眉睫。稀薄燃烧具有更好的燃油经济性,同时可以降低排放,但当量比的降低要求更高的点火能量,而且火焰传播速度也会降低。等离子体助燃技术的发展为稀薄燃烧提供了可能,放电导致高能电子碰撞引起混合气的离解激发甚至电离,形成大量的活性粒子,为点火和火焰稳定提供了可能。本文采用数值模拟的方法对等离子体辅助汽油和甲烷的燃烧进行了研究,放电和燃烧在时间数量级上的差距允许我们对他们分别进行研究。首先利用零维放电动力学模型ZDPlasKin程序,耦合甲烷空气混合气碰撞电离机理以及丙烷空气混合气的放电机理,用丙烷空气混合气的放电机理替代汽油空气混合物的放电机理,编写气体放电计算程序,计算得到一定温度压力、约化场强、电子密度等条件下放电产生的自由基浓度随时间的变化。然后利用多区模型,将放电产生的自由基在点火时刻添加到缸内模拟燃烧过程,得到自由基对汽油和甲烷燃烧温度压力以及已燃质量分数的影响,并且从反应速率和反应路径方向深入分析了等离子体助燃的原因,研究了发动机初始参数对燃烧的影响。结果表明,自由基O、H和OH的加入具有明显的助燃作用,使燃料燃烧10%的时刻提前,温度压力增加。在汽油机燃烧过程中随着当量比的减少,助燃作用增强,说明稀薄燃烧情况下非平衡等离子体的助燃作用更强。在甲烷燃烧过程中自由基的加入实现了稀薄燃烧极限下甲烷的燃烧。说明等离子体在强化稀薄燃烧、拓展稀燃极限方面有很大潜力。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK16

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本文编号：1259924