多组分柴油替代燃料简化机理的构建及数值模拟研究

发布时间：2020-05-01 03:00

【摘要】：燃料燃烧化学反应机理是研究和优化内燃机燃烧过程的最有效工具之一。但是,发展一个包含柴油所有组分的机理是不可能的。依据实际柴油的重要组分设计多元组合燃料作为柴油的替代燃料是目前较为可行的方法。本研究发展了一个新的正庚烷-丁基苯-甲基环己烷-PAH多组分柴油替代燃料简化机理。其中丁基苯和甲基环己烷(MCH)分别视为芳香烃类和环烷烃类的代表性物质。首先运用DRG、DRGEP、敏感性分析和ROP等方法对MCH详细机理进行简化。将简化之后的MCH子机理耦合到正庚烷-丁基苯-PAH简化机理中,建立一个含有183种组分与777个反应的正庚烷-丁基苯-甲基环己烷-PAH多组分柴油替代燃料化学动力学简化模型。然后运用敏感性分析方法对MCH模型的关键动力学参数进行优化调整。最后,利用层流火焰速度、点火延时、预混火焰组分浓度等实验数据对优化后的多组分柴油简化机理进行验证,结果表明该机理能够模拟柴油的燃烧特性。分析丁基苯和MCH的反应路径,发现丁基苯经过脱氢等一系列反应后会生成indene、A1-、A1CH3r基团和A1C2H3物质;而MCH经过脱氢等反应之后会形成A1CH3 C6H6物质。丁基苯和MCH产生的这些基团和物质促进了碳烟的生成。为了考察丁基苯和MCH对碳烟生成的作用,本研究利用上述机理耦合到CFD软件CONVERGE模拟定容燃烧弹装置内丁基苯和MCH燃烧过程。通过分析碳烟的反应路径,证明在正庚烷中加入丁基苯和MCH对碳烟的生成具有协同效应。最后利用该机理耦合到CFD软件CONVERGE模拟实际柴油发动机在不同EGR率下的燃烧和排放过程。结果表明,利用该机理获得的缸压、放热率、CO、NOx、碳烟等计算结果与试验数据吻合较好,说明新发展的多组分柴油简化机理能够模拟实际柴油发动机的燃烧和排放。本研究所发展的多组分柴油替代燃料简化模型,为模拟柴油机缸内燃烧与排放过程提供了模型依据。因而可以在该机理的基础上发展含有4种或者4种以上的多组分柴油简化机理,这对于进一步完善柴油燃烧机理尤其是碳烟的生成机理具有现实的意义。
【图文】：

保有量,情况,国家,能源安全

会高达５亿多吨。目前，中国己经变为对石油消费量最多的国家之一，并且已经成为逡逑进口原油量最多的国家。虽然我们国家的石油储藏量庞大，然而由于开采技术的难度逡逑和油气资源品质等因素，因此目前具有现实可开发价值的资源比例不高。图１－２给出逡逑了我国对石油的依存度。从图中可以看出，从２００６到２０１６年，我国对石油的依赖度逡逑从４１．１６％升高到了邋６５．９４％，总能源的依存度从１０．８８％升高到了邋２０１６年的１８．４２％。逡逑这样对能源具有很高的依赖度，会给我们国家的能源安全带来了巨大的威胁［２］。国际逡逑能源署（ＩＥＡ）在发布的报告中指出，在２０３０年时候，中国对石油依赖度将会超过８０％，逡逑在未来的２０年中国将会是消耗石油量最多的国家。然而目前我们的国家一直存在着能逡逑源利用率低下的窘境，远远低于欧美国家的能源利用效率。所以我们的国家应该加大逡逑对于节能环保技术的研宄力度，以此来提高我们国家的能源利用效率，这对于我们的逡逑国家的能源安全具有重大意义。逡逑２逡逑

依存度

５０００邋１邋１邋１邋１邋１邋ｗｗｉ－逡逑W＿邋＿邋＿邋＿圈柋匕逡逑２００９邋２０１０邋２０１１邋２０１２邋２０１３邋２０１４邋２０１５邋２０１６逡逑尔份逡逑图１－１从２００９年到２０１６年我国汽车保有量的统计情况［１］逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ邋ｏｆ邋Ｃｈｉｎａ＇ｓ邋ｃａｒ邋ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ邋ｆｒｏｍ邋２００９邋ｔｏ邋２０１６［邋１１逡逑内燃机主要是以不可再生的石油作为燃料，根据相关部门统计，目前全世界勘探逡逑的油量还可以供给３０多年的时间，这导致全球的能源危机问题不断的凸显［１］。在２００６逡逑年，我们国家消耗石油的量为３．５亿吨，估计到未来几年，，我们国家消耗石油的量将逡逑会高达５亿多吨。目前，中国己经变为对石油消费量最多的国家之一，并且已经成为逡逑进口原油量最多的国家。虽然我们国家的石油储藏量庞大，然而由于开采技术的难度逡逑和油气资源品质等因素，因此目前具有现实可开发价值的资源比例不高。图１－２给出逡逑了我国对石油的依存度。从图中可以看出，从２００６到２０１６年，我国对石油的依赖度逡逑从４１．１６％升高到了邋６５．９４％
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK407.9

【参考文献】