正丁基苯—正庚烷柴油表征燃料的模拟与试验研究

发布时间：2017-09-06 00:32

  本文关键词：正丁基苯—正庚烷柴油表征燃料的模拟与试验研究

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【摘要】：随着车用发动机排放法规的日益严格和发动机技术的进步,三维数值模拟技术已成为发动机先进燃烧模式开发过程中不可或缺的工具。对于柴油机的燃烧模拟,柴油表征燃料的构成及其机理的精度直接影响了模拟计算结果的精度。本研究选择烷基苯中具有较强代表性的正丁基苯做为柴油单环芳烃的表征组分,首先利用化学动力学计算分析软件Chemkin-Pro对正丁基苯详细化学动力学机理(包含960种物质,4330个基元反应)的主要氧化反应路径进行分析。利用反应路径分析、敏感性分析、直接关系图法等方法简化该详细机理得到了一个包含138种物质、694个基元反应的正丁基苯简化机理。将简化机理计算结果与正丁基苯在激波管、快速压缩机中的点火延时实验数据以及射流搅拌反应器中间产物浓度的实验数据进行对比,结果表明,该简化机理能够真实反映正丁基苯的氧化过程。为了构建正丁基苯-正庚烷柴油表征燃料机理,将该简化机理与正庚烷简化机理进行合并,并根据正庚烷和正丁基苯混合物在激波管和快速压缩机中氧化燃烧的点火延时数据对相关反应参数进行优化。在此基础上,添加NOx机理和PAH生成机理,最终构建了一个包含161种物质,862个反应的柴油表征燃料燃烧氧化机理。在一台高速小型柴油机上对商用柴油、20%甲苯+80%正庚烷(TRF20)、20%正丁基苯+80%正庚烷(BRF20)、30%正丁基苯+70%正庚烷(BRF30)四种燃料的燃烧和排放进行了试验研究。试验结果表明：在燃烧方面BRF30与TRF20的缸压和放热率有相同的表征性能；在排放方面,BRF30的NOx、CO和THC排放与TRF20相接近；但是,在排放颗粒物数量粒径分布方面有明显不同,BRF30在中小负荷工况下对商用柴油的表征性能更好,而TRF20在大负荷工况下对商用柴油的表征更准确。最后,将正丁基苯-正庚烷组成的柴油表征燃料机理用于三维数值模拟软件AVL-Fire与化学动力学程序Chemkin的耦合计算,结果表明,计算得到的缸压、放热率和主要排放物与试验值基本吻合,表明该燃料机理能够准确表征商用柴油的燃烧及排放性能。
【关键词】：柴油机 表征燃料 正丁基苯 颗粒物排放 简化机理
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK421.2
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 引言10
• 1.2 发动机表征燃料简介10-11
• 1.3 柴油的化学组成11-12
• 1.4 柴油表征燃料的研究现状12-13
• 1.5 柴油环芳烃族的研究现状13-15
• 1.6 本课题研究目的、内容、方法和意义15-17
• 第二章 正丁基苯燃烧化学动力学分析及详细机理的简化17-41
• 2.1 正丁基苯详细机理的路径分析17-28
• 2.2 正丁基苯机理的敏感性分析28-32
• 2.3 基于DRG与DRGEP法的机理缩减32-35
• 2.4 正丁基苯简化机理的验证35-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第三章 正丁基苯-正庚烷柴油表征燃料的构建41-49
• 3.1 正丁基苯机理与正庚烷机理的合并41
• 3.2 正丁基苯机理与正庚烷机理的验证41-42
• 3.3 不同正丁基苯掺混比例的比较42-45
• 3.4 NO_x生成和PAH预测机理45-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 柴油表征燃料的比较试验49-61
• 4.1 试验装置49-52
• 4.2 试验燃油和方法52-53
• 4.3 试验结果及分析53-59
• 4.4 本章小结59-61
• 第五章 三维动力学耦合化学动力学的数值模拟61-66
• 5.1 柴油机三维模拟模型的建立61-63
• 5.2 计算结果与实验结果的比对63-65
• 5.3 本章小结65-66
• 第六章 全文总结与工作展望66-68
• 6.1 全文总结66-67
• 6.2 工作展望67-68
• 参考文献68-74
• 致谢74

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本文编号：801144