燃烧‘火用’损失机理及重整燃料分子均质压燃燃烧研究

发布时间：2017-09-26 17:03

  本文关键词：燃烧‘火用’损失机理及重整燃料分子均质压燃燃烧研究

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【摘要】：提高内燃机效率不仅可以有效减少石油供应紧张的压力,还可以缓解由于CO_2排放带来的环境压力。因此,在世界范围内,如何进一步提高内燃机效率已成为内燃机技术最具挑战的课题,受到广泛关注。但是,目前内燃机最高有效热效率仅略大于40%,而内燃机不经“根本性”改造,最大有效热效率很难超过60%。制约活塞式内燃机效率的一个重要原因是其“非约束燃烧”过程损失的做功潜力,这个损失比例高达燃料初始做功潜力的20~25%。因此,理解该损失过程并探索降低损失、最大化‘火用’利用率的方法是今后进一步提高内燃机热效率的新方向。本文结合实验和化学动力学数值模拟,详细研究了内燃机“非约束燃烧”的‘火用’损失过程,探索了最小化内燃机‘火用’损失、最大化‘火用’/功转化效率的新途径。为更好地描述内燃机燃烧过程的‘火用’损失机理,本文创新性地发展了一种计算非平衡态燃烧过程的化学动力学‘火用’损失模型,基于化学动力学和非平衡态热力学中的局部热力学平衡原理,首次明确了复杂化学动力学中每一步基元反应的‘火用’损失,为进一步确定内燃机非平衡态化学反应中最主要的‘火用’损失源、探索减少‘火用’损失的控制方法提供了理论依据。研究并筛选了以正庚烷为例的基础燃料详细的化学动力学模型,确定了其燃烧过程的化学动力学‘火用’损失机理,结合‘火用’损失源和化学动力学特点,归纳总结出了基础燃料燃烧过程的损失特征,并进一步研究了燃烧过程‘火用’损失源的影响因素,探索了高效燃烧反应的约束条件。基于对‘火用’损失源及控制方法的研究,以减少‘火用’损失、节约能量为目的,探索了进一步降低内燃机燃烧过程‘火用’损失的方法,提出了高温无氧燃料重整理念,并从理论上探讨了高温无氧燃料重整的可行性及其在节约系统‘火用’方面的优势。设计和搭建了满足燃料改性要求的化学动力学流动试验台,通过对比实验和模拟结果,讨论了高温无氧重整理念的正确性以及实验系统的可行性。基于对‘火用’损失源的分析和高温无氧燃料重整的研究,探索了提高内燃机热效率的新途径,提出了一种可行的高效内燃机燃烧原理--重整燃料分子均质压燃燃烧(RM-HCCI),并分别从(1)初始燃料化学‘火用’;(2)燃烧过程‘火用’损失;(3)滞燃期和燃烧持续期;(4)‘火用’/功转化过程等几个方面讨论了RM-HCCI内燃机燃烧原理所具有的理论优势。
【关键词】：非约束燃烧 ‘火用’损失 非平衡态热力学 化学动力学 数值模拟 高温无氧燃料重整 重整燃料分子均质压燃燃烧(RM-HCCI)
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK401
【目录】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 字母注释表14-16
• 第一章 绪论16-44
• 1.1 引言16
• 1.2 内燃机效率的极限16-26
• 1.2.1 工业发展对内燃机效率的促进16-19
• 1.2.2 燃烧方式创新对内燃机效率的促进19-21
• 1.2.3 内燃机效率极限的讨论21-26
• 1.3 制约活塞式内燃机效率的因素26-42
• 1.4 本课题的研究内容和意义42-44
• 第二章 热力学第二定律?火用‘分析基础44-64
• 2.1 热力学基础44-50
• 2.1.1 经典热力学44-46
• 2.1.2 非平衡态热力学46-50
• 2.2 化学热力学与化学反应动力学基础50-56
• 2.2.1 化学热力学51-53
• 2.2.2 化学反应动力学53-56
• 2.3 目前针对非平衡态燃烧过程?火用‘损失的研究56-63
• 2.4 本章小结63-64
• 第三章 基于非平衡态热力学的详细化学动力学‘火用’损失研究64-86
• 3.1 非平衡态燃烧过程‘火用’损失计算模型65-70
• 3.1.1 化学反应动力学计算程序65-66
• 3.1.2 非平衡态燃烧过程‘火用’损失计算模型66-70
• 3.2 非平衡态燃烧过程化学动力学模型70-72
• 3.3 正庚烷燃烧过程化学动力学‘火用’损失机理72-84
• 3.3.1 正庚烷化学动力学‘火用’损失源特征72-74
• 3.3.2 燃烧过程约束条件（T_(in), P_(in), Ф, [O_2]）对‘火用’损失的影响74-78
• 3.3.3 约束条件对燃烧过程总损失分布的综合作用78-80
• 3.3.4 降低燃烧过程总损失的途径80-84
• 3.4 本章小结84-86
• 第四章 高温无氧燃料重整及其对燃料特性的影响86-112
• 4.1 高温无氧燃料重整的理论依据88-90
• 4.2‘火用’损失计算模型和实验台架介绍90-95
• 4.2.1‘火用’损失计算模型90
• 4.2.2 实验台架介绍90-95
• 4.3 高温低氧燃料重整的实验研究95-99
• 4.4 高温无氧燃料重整对燃料特性的影响99-110
• 4.4.1 对燃料化学‘火用’的影响99-102
• 4.4.2 对混合物比热比的影响102-105
• 4.4.3 对滞燃期的影响105-110
• 4.5 本章小结110-112
• 第五章 重整燃料分子均质压燃（RM-HCCI）新燃烧概念的研究112-130
• 5.1 RM-HCCI原理介绍113-114
• 5.2 RM-HCCI相关计算模型介绍114-115
• 5.3 RM-HCCI对燃烧和‘火用’/功转化过程的影响115-127
• 5.3.1 对燃烧过程‘火用’损失源的影响115-122
• 5.3.2 对缸内放热过程及充量比热比的影响122-124
• 5.3.3 对发动机‘火用’分布的影响124-127
• 5.4 RM-HCCI所展现出的优势127-128
• 5.5 本章小结128-130
• 第六章 全文总结130-134
• 参考文献134-146
• 发表论文和科研情况说明146-148
• 致谢148-149

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1 闫峰;燃烧‘火用’损失机理及重整燃料分子均质压燃燃烧研究[D];天津大学;2015年

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本文编号：924665