生物柴油替代混合物及其化学动力学模型研究

发布时间：2020-07-15 11:48

【摘要】：近些年来，生物柴油作为一种新型的环保型柴油机替代混合物受到各国的青睐，它的物化特性与柴油类似，可以直接作为现有的柴油机燃料，同时排放性能又优于传统的发动机燃料。因此，生物柴油在减少石油消耗和保护环境两方面都具有重要意义。本文首先是以葵酸甲酯（C_(11)H_(22)O_2）和正庚烷（nC7H16）作为生物柴油替代混合物，构建一个包含有691种组分，3226个基元反应的生物柴油替代混合物的详细化学动力学机理。其次在不同工况的激波管条件下验证了该详细机理的着火延迟时间是合理的。然后通过HCCI发动机条件下缸内燃烧计算其缸内压力以及不同工况下主要排放物等证明该构建机理是合理的，可用来计算内燃机燃烧过程的数值模拟。通过对生物柴油替代混合物在HCCI发动机条件下燃烧过程的分析，发现生物柴油替代混合物的燃烧过程呈现低温燃烧阶段和高温燃烧阶段两阶段放热过程，且这两阶段的放热过程被负温度系数区域（900~1000K）隔开；同时还可以知道，正庚烷在低温阶段主要是通过脱氢自由基OH、HO2等的脱氢作用以及加氧过程消耗掉，而葵酸甲酯除通过脱氢作用和加氧作用消耗外，还可以通过分解反应生成含碳原子数更少的甲酯基，这主要是由于其脱氢产物葵酸甲酯基内部结构的化学键能的不平衡造成的。通过对燃烧过程中N元素的演变历程的分析可知，进入汽缸中的N2到NO_X的变化过程中，自由基CH_3、OH、H、O和O2为其重要的中间物质，通过控制这些重要中间物质的生成可以有效的减少废气中NO_X的排放。利用敏感性分析法和路径分析法相结合的办法，对前期构建的生物柴油替代混合物进行机理简化，得到了一个包含有113种物质和306个基元反应的简化动力学模型。通过与不同条件下激波管实验条下以及详细机理着火延迟时间的对比发现，该简化机理能够很好地吻合正庚烷和葵酸甲酯的着火延迟时间；通过对不同工况下HCCI发动机燃烧条件下，生物柴油简化机理与实验机理的对比分析发现，该简化机理能够很好的吻合缸内的压力和缸内的温度，同时能够很好的再现缸内各主要组分的变化趋势，因此该简化机理是合理的。通过对比分析不同工况下的HCCI发动机条件下燃烧生物柴油替代混合物的详细机理和简化机理，可以发现：随着发动机初始温度的提高，可以使着火提前，缸内温度升高，但压力变化不大；随着初始压力提高，可以使发动机着火提前，缸内压力升高，但温度变化不大；随着燃空当量比的增大，缸内温度和缸内压力均有所提高。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK6
【图文】：

功能比较

软件简介，越来越多的软件都可以用来计算燃料燃烧过程的模拟与分析算均采用 CHEMKIN-PRO 软件。CHEMKIN-PRO 是一款专门针模拟开发的软件，CHEMKIN-PRO 的先进解算器，支持特别应得开发。CHEMKIN-PRO 作为 CHEMKIN 家族的最新成员，由得到了广泛的应用。EMKIN-PRO 软件的功能MKIN4.1 以比较合理的价格提供了不是很复杂的系统以生产为KINETICS 将 CHEMJIN 的有点和 CFD 耦合起来，将更精确的反应流模拟中。与以上二者不同的是，CHEMKIN-PRO 是一款理的化学模拟开发的软件，CHEMKIN-PRO 的先进解算器和全别应用模型的快速而精确的开发。下图给出了 CHEMKIN4.1 的功能对比表。

模型计算,反应路径,路径分析,分析器

MKIN-PRO 和 CHEMKIN4.1 不同反应模型计算action model comparison chart of CHEMKIN-PRO面。CHEMKIN-PRO 为了能够帮助用户 CHEMKIN4.14 的基础上添加了反应路径面，路径分析器提供了方便机理发展和减图 2.3 反应路径分析器的形象化描述 2.3 Figurative description of the reaction path ana

反应路径,分析器,零维模型

12图 2.3 反应路径分析器的形象化描述Figurative description of the reaction pat不确定性，用户通过定义计算误型简介动力学处于核心地位。预混合燃化学动力学是数值模拟的核心。数值模拟研究：零维模型、准维。在本课题的研究过程中，主要使空间的压力、温度和组分的浓度

【参考文献】