生物质气化学反应机理与缸内燃烧过程模拟研究
发布时间：2023-04-04 01:20
随着石油资源的逐渐枯竭和环境污染的日益加剧,具有清洁、可再生性等特点的生物质能源在近年来受到了更广泛的关注。在多种生物质能利用方式中,生物质气化得到生物质气体,然后将其用作内燃机的燃料有很好的开发应用前景。国内外对生物质气发动机的研究开展较晚,已有的研究成果主要关注生物质气发动机的结构改型和试验分析,没有从化学动力学的角度深入分析生物质气的缸内燃烧过程,对生物质气发动机的燃烧及排放特性研究不够深入。本文首先从化学动力学的角度,研究生物质气的化学反应机理,运用敏感性分析方法对GRI-Mech 3.0机理进行简化计算,得到一套包含27种组分、54步基元反应的适用于生物质气燃烧模拟的简化机理。将简化机理的计算结果分别与GRI机理模拟结果和试验结果对比,验证了该简化机理的准确性。然后将化学反应机理与三维计算流体动力学软件耦合,构建生物质气发动机燃烧模拟平台,计算生物质气的缸内燃烧过程,分析点火提前角、当量比、初始温度、压缩比、燃料组分等参数对发动机燃烧及排放的影响。生物质气发动机整体燃烧过程分为明显的着火落后期、明显燃烧期和后燃期三个阶段。在明显燃烧期内混合气发生快速的燃烧放热反应,放热率呈现...
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究目的及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 生物质能源利用研究现状
1.2.2 化学反应机理研究现状
1.2.3 生物质气发动机研究现状
1.2.4 国内外研究现状简析
1.3 本文主要研究内容
第2章 基于敏感性分析的化学反应机理简化
2.1 CHEMKIN组成及原理
2.1.1 CHEMKIN的组成结构
2.1.2 CHEMKIN的工作原理
2.2 化学反应动力学
2.2.1 内燃机反应器模型
2.2.2 GRI-Mech 3.0 详细化学反应机理
2.2.3 敏感性分析原理
2.3 基于敏感性分析的反应机理简化过程
2.3.1 内燃机反应器计算条件
2.3.2 温度的敏感性分析结果
2.3.3 关键组分浓度的敏感性分析结果
2.3.4 敏感性分析简化结果
2.4 简化机理的验证
2.4.1 简化机理与GRI机理对比验证
2.4.2 简化机理与试验结果对比验证
2.5 本章小结
第3章 生物质气发动机燃烧过程模拟分析
3.1 生物质气发动机燃烧模拟平台构建
3.1.1 数学仿真模型
3.1.2 网格密度和时间步长选择
3.1.3 初始条件和边界条件的确立
3.1.4 模拟平台的验证
3.2 生物质气发动机燃烧过程模拟
3.2.1 生物质气发动机燃烧阶段及特性
3.2.2 生物质气发动机缸内关键成分变化历程
3.3 本章小结
第4章 发动机参数对燃烧及排放性能的影响分析
4.1 点火提前角对燃烧及排放性能的影响分析
4.1.1 点火提前角对燃烧过程的影响
4.1.2 点火提前角对排放性能的影响
4.2 过量空气系数对燃烧及排放性能的影响分析
4.2.1 过量空气系数对燃烧过程的影响
4.2.2 过量空气系数对排放性能的影响
4.3 初始温度对燃烧及排放性能的影响分析
4.3.1 初始温度对燃烧过程的影响
4.3.2 初始温度对排放性能的影响
4.4 压缩比对燃烧及排放性能的影响分析
4.4.1 压缩比对燃烧过程的影响
4.4.2 压缩比对排放性能的影响
4.5 本章小结
第5章 组分浓度对燃烧及排放性能的影响分析
5.1 CH4浓度对燃烧及排放性能的影响分析
5.1.1 CH4浓度对燃烧过程的影响
5.1.2 CH4浓度对排放性能的影响
5.2 CO浓度对燃烧及排放性能的影响分析
5.2.1 CO浓度对燃烧过程的影响
5.2.2 CO浓度对排放性能的影响
5.3 H2浓度对燃烧及排放性能的影响分析
5.3.1 H2浓度对燃烧过程的影响
5.3.2 H2浓度对排放性能的影响
5.4 CO2浓度对燃烧及排放性能的影响分析
5.4.1 CO2浓度对燃烧过程的影响
5.4.2 CO2浓度对排放性能的影响
5.5 本章小结
结论
参考文献
附录 GRI-Mech 3.0基元反应方程式
攻读学位期间发表的学术论文及其他成果
致谢
本文编号：3781511
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究目的及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 生物质能源利用研究现状
1.2.2 化学反应机理研究现状
1.2.3 生物质气发动机研究现状
1.2.4 国内外研究现状简析
1.3 本文主要研究内容
第2章 基于敏感性分析的化学反应机理简化
2.1 CHEMKIN组成及原理
2.1.1 CHEMKIN的组成结构
2.1.2 CHEMKIN的工作原理
2.2 化学反应动力学
2.2.1 内燃机反应器模型
2.2.2 GRI-Mech 3.0 详细化学反应机理
2.2.3 敏感性分析原理
2.3 基于敏感性分析的反应机理简化过程
2.3.1 内燃机反应器计算条件
2.3.2 温度的敏感性分析结果
2.3.3 关键组分浓度的敏感性分析结果
2.3.4 敏感性分析简化结果
2.4 简化机理的验证
2.4.1 简化机理与GRI机理对比验证
2.4.2 简化机理与试验结果对比验证
2.5 本章小结
第3章 生物质气发动机燃烧过程模拟分析
3.1 生物质气发动机燃烧模拟平台构建
3.1.1 数学仿真模型
3.1.2 网格密度和时间步长选择
3.1.3 初始条件和边界条件的确立
3.1.4 模拟平台的验证
3.2 生物质气发动机燃烧过程模拟
3.2.1 生物质气发动机燃烧阶段及特性
3.2.2 生物质气发动机缸内关键成分变化历程
3.3 本章小结
第4章 发动机参数对燃烧及排放性能的影响分析
4.1 点火提前角对燃烧及排放性能的影响分析
4.1.1 点火提前角对燃烧过程的影响
4.1.2 点火提前角对排放性能的影响
4.2 过量空气系数对燃烧及排放性能的影响分析
4.2.1 过量空气系数对燃烧过程的影响
4.2.2 过量空气系数对排放性能的影响
4.3 初始温度对燃烧及排放性能的影响分析
4.3.1 初始温度对燃烧过程的影响
4.3.2 初始温度对排放性能的影响
4.4 压缩比对燃烧及排放性能的影响分析
4.4.1 压缩比对燃烧过程的影响
4.4.2 压缩比对排放性能的影响
4.5 本章小结
第5章 组分浓度对燃烧及排放性能的影响分析
5.1 CH4浓度对燃烧及排放性能的影响分析
5.1.1 CH4浓度对燃烧过程的影响
5.1.2 CH4浓度对排放性能的影响
5.2 CO浓度对燃烧及排放性能的影响分析
5.2.1 CO浓度对燃烧过程的影响
5.2.2 CO浓度对排放性能的影响
5.3 H2浓度对燃烧及排放性能的影响分析
5.3.1 H2浓度对燃烧过程的影响
5.3.2 H2浓度对排放性能的影响
5.4 CO2浓度对燃烧及排放性能的影响分析
5.4.1 CO2浓度对燃烧过程的影响
5.4.2 CO2浓度对排放性能的影响
5.5 本章小结
结论
参考文献
附录 GRI-Mech 3.0基元反应方程式
攻读学位期间发表的学术论文及其他成果
致谢
本文编号：3781511
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