甲烷/空气燃烧简化机理及其应用
发布时间：2020-12-12 16:38
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。
【文章来源】：河南科技大学学报(自然科学版). 2016年03期 第24-28+5-6页 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
在0．025MPa条件下，均匀搅拌反应器出口温度随当量比的变化
?039步2．254．604．163．303．205．0551步0．841．311．130．460．87－1．1958步00．730．500．450．63－0．7758步基元反应简化机理计算时的最大计算误差已降到0.77%。特别是随着压力的增大，51步和58步基元反应简化机理的计算结果已十分接近详细基元反应机理的计算结果(具体的计算误差本文不再一一列出)，只是在当量比?大于1．6后，51步和58步基元反应简化机理的计算结果比详细基元反应机理的计算结果偏大一些，其主要原因是混合气浓度过稀，即对稀薄的混合气燃烧，需要更多步数的简化机理来处理才合适。图2不同压力下，均匀搅拌反应器反应物和主产物物质的量浓度随当量比的变化图2为将采用22步、39步、51步和58步的不同基元反应简化机理应用于均匀搅拌反应器时，反应物(O2、CH4)和主产物(CO2、H2O)物质的量浓度随当量比?变化的计算结果，压力分别为0．025MPa、0．100MPa和2．000MPa。从图2可以看出:在不同的压力下，采用不同的基元反应简化机理时，反应物(CH4、O2)和主产物(CO2、H2O)的物质的量浓度随当量比?的变化情况也是有差别的。当采用22步基元反应简化机理时，无论在低压还是在高压条件下，反应物(CH4、O2)和主产物(CO2、H2O)的物质的量浓度都与详细基元反应机理的计算结果有明显的差别，且误差较大，如0．025MPa压力条件下，在当量比?为0．6～1．6时，反应物(CH4、O2)和主产物(CO2、H2O)的最大计算误差分别为－1300%(?为1．6)(此处出现这么大的相对误差是由于详细基元反应机理的计算结果接近于0)、－39．1%(?为1．0)、－25.7%(?为1．6)和25．6%(?为0．6)。产生这些较大误差的原因是，采用22步基元反应简化机理计算时，由于机理过于?
Ｒ5314．0－12．0－51．7－46．6Ｒ989．2－8．2－34．0－29．9Ｒ1168．9－7．7－32．8－29．6Ｒ119－26．222．496．286．9Ｒ155－13．011．246．239．1Ｒ156－13．011．146．239．1Ｒ15830．0－25．7－110．1－98．6Ｒ161－9．48．233．631．02．2简化机理计算分析由于内燃机的燃烧过程属于复杂的流动燃烧现象，因此，选择均匀搅拌反应器模型作为简化机理的应用来进行计算分析。计算中均匀搅拌反应器容积V=67．4cm3，条件为绝热(即反应器散热速率Q=0)，反应物进口温度T*=473K，滞留时间τ为0．002s。图1在0．025MPa条件下，均匀搅拌反应器出口温度随当量比的变化图1为在0．025MPa压力条件下，将采用22步、39步、51步和58步不同基元反应简化机理应用于均匀搅拌反应器时，出口温度随当量比?(实际的燃料空气比与当量条件下燃料空气比的比值)变化的计算分析结果。表4为在0．025MPa压力条件下各简化模型的计算误差。从图1可以看出:采用不同的基元反应简化机理时，均匀搅拌反应器出口温度的计算结果是有差别的。当采用22步基元反应简化机理时，无论在低压还是在高压条件下，均匀搅拌反应器出口温度的计算结果都与详细基元反应机理(GＲI-Mech3．0)的计算结果有明显的差别，误差较大。在当量比?较小情况下，22步基元反应简化机理的计算结果明显小于详细基元反应机理的计算结果，如在0．025MPa压力条件下，计算误差最大达7．30%(见表4);而在当量比?较大情况下，22步基元反应简化机理的计算结果明显大于详细基元反应机理的计算结果，且出现明显的峰值后移现象，计算误差在当量比?为1．6时已达－12．50%。但随着所采用基元反应简化机理的步数增加时，这些误差明显减校当采用51步和58步基元反应简化机理时，均匀搅拌反应器出?
【参考文献】：
期刊论文
[1]甲烷/空气预混超声速燃烧的18步简化机理[J]. 刘合,陈方,刘洪,郑忠华,杨顺华. 燃烧科学与技术. 2012(05)
[2]发动机燃用煤层气燃料时燃烧特性的试验研究[J]. 李从心,张欣,刘建华. 汽车工程. 2010(11)
[3]发动机燃用煤层气燃料燃烧和排放性能试验研究[J]. 李从心,张欣,胡准庆,许健. 内燃机工程. 2009(05)
[4]煤层气发动机HC和NO排放模型及试验[J]. 左承基,钱叶剑,顾红兰. 农业机械学报. 2005(09)
[5]火花点火式发动机燃用变组分煤层气的燃烧模型研究[J]. 顾红兰. 内燃机工程. 2004(05)
[6]火花点火式变组分煤层气发动机的工作稳定性和排放特性[J]. 左承基,郭威,钱叶剑,谈建,滕勤,徐天玉. 内燃机学报. 2003(05)
[7]CH4/空气含氮燃烧的14步简化机理[J]. 董刚,任祝寅,陈义良. 燃料化学学报. 2003(01)
本文编号：2912923
【文章来源】：河南科技大学学报(自然科学版). 2016年03期 第24-28+5-6页 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
在0．025MPa条件下，均匀搅拌反应器出口温度随当量比的变化
?039步2．254．604．163．303．205．0551步0．841．311．130．460．87－1．1958步00．730．500．450．63－0．7758步基元反应简化机理计算时的最大计算误差已降到0.77%。特别是随着压力的增大，51步和58步基元反应简化机理的计算结果已十分接近详细基元反应机理的计算结果(具体的计算误差本文不再一一列出)，只是在当量比?大于1．6后，51步和58步基元反应简化机理的计算结果比详细基元反应机理的计算结果偏大一些，其主要原因是混合气浓度过稀，即对稀薄的混合气燃烧，需要更多步数的简化机理来处理才合适。图2不同压力下，均匀搅拌反应器反应物和主产物物质的量浓度随当量比的变化图2为将采用22步、39步、51步和58步的不同基元反应简化机理应用于均匀搅拌反应器时，反应物(O2、CH4)和主产物(CO2、H2O)物质的量浓度随当量比?变化的计算结果，压力分别为0．025MPa、0．100MPa和2．000MPa。从图2可以看出:在不同的压力下，采用不同的基元反应简化机理时，反应物(CH4、O2)和主产物(CO2、H2O)的物质的量浓度随当量比?的变化情况也是有差别的。当采用22步基元反应简化机理时，无论在低压还是在高压条件下，反应物(CH4、O2)和主产物(CO2、H2O)的物质的量浓度都与详细基元反应机理的计算结果有明显的差别，且误差较大，如0．025MPa压力条件下，在当量比?为0．6～1．6时，反应物(CH4、O2)和主产物(CO2、H2O)的最大计算误差分别为－1300%(?为1．6)(此处出现这么大的相对误差是由于详细基元反应机理的计算结果接近于0)、－39．1%(?为1．0)、－25.7%(?为1．6)和25．6%(?为0．6)。产生这些较大误差的原因是，采用22步基元反应简化机理计算时，由于机理过于?
Ｒ5314．0－12．0－51．7－46．6Ｒ989．2－8．2－34．0－29．9Ｒ1168．9－7．7－32．8－29．6Ｒ119－26．222．496．286．9Ｒ155－13．011．246．239．1Ｒ156－13．011．146．239．1Ｒ15830．0－25．7－110．1－98．6Ｒ161－9．48．233．631．02．2简化机理计算分析由于内燃机的燃烧过程属于复杂的流动燃烧现象，因此，选择均匀搅拌反应器模型作为简化机理的应用来进行计算分析。计算中均匀搅拌反应器容积V=67．4cm3，条件为绝热(即反应器散热速率Q=0)，反应物进口温度T*=473K，滞留时间τ为0．002s。图1在0．025MPa条件下，均匀搅拌反应器出口温度随当量比的变化图1为在0．025MPa压力条件下，将采用22步、39步、51步和58步不同基元反应简化机理应用于均匀搅拌反应器时，出口温度随当量比?(实际的燃料空气比与当量条件下燃料空气比的比值)变化的计算分析结果。表4为在0．025MPa压力条件下各简化模型的计算误差。从图1可以看出:采用不同的基元反应简化机理时，均匀搅拌反应器出口温度的计算结果是有差别的。当采用22步基元反应简化机理时，无论在低压还是在高压条件下，均匀搅拌反应器出口温度的计算结果都与详细基元反应机理(GＲI-Mech3．0)的计算结果有明显的差别，误差较大。在当量比?较小情况下，22步基元反应简化机理的计算结果明显小于详细基元反应机理的计算结果，如在0．025MPa压力条件下，计算误差最大达7．30%(见表4);而在当量比?较大情况下，22步基元反应简化机理的计算结果明显大于详细基元反应机理的计算结果，且出现明显的峰值后移现象，计算误差在当量比?为1．6时已达－12．50%。但随着所采用基元反应简化机理的步数增加时，这些误差明显减校当采用51步和58步基元反应简化机理时，均匀搅拌反应器出?
【参考文献】：
期刊论文
[1]甲烷/空气预混超声速燃烧的18步简化机理[J]. 刘合,陈方,刘洪,郑忠华,杨顺华. 燃烧科学与技术. 2012(05)
[2]发动机燃用煤层气燃料时燃烧特性的试验研究[J]. 李从心,张欣,刘建华. 汽车工程. 2010(11)
[3]发动机燃用煤层气燃料燃烧和排放性能试验研究[J]. 李从心,张欣,胡准庆,许健. 内燃机工程. 2009(05)
[4]煤层气发动机HC和NO排放模型及试验[J]. 左承基,钱叶剑,顾红兰. 农业机械学报. 2005(09)
[5]火花点火式发动机燃用变组分煤层气的燃烧模型研究[J]. 顾红兰. 内燃机工程. 2004(05)
[6]火花点火式变组分煤层气发动机的工作稳定性和排放特性[J]. 左承基,郭威,钱叶剑,谈建,滕勤,徐天玉. 内燃机学报. 2003(05)
[7]CH4/空气含氮燃烧的14步简化机理[J]. 董刚,任祝寅,陈义良. 燃料化学学报. 2003(01)
本文编号：2912923
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