柴油機低溫燃燒動力學機理研究.pdf

1、柴油機低溫燃燒（LTC）可以同時降低NOx和碳煙（SOOT）排放，并實現高熱效率，近年來受到國內外研究者的高度重視，成為內燃機燃燒理論研究的熱點課題。在LTC燃燒過程中，燃燒化學反應動力學起重要作用，認識其動力學機理是揭示低溫燃燒機理的基礎。
　　柴油組分復雜，已有研究表明，傳統采用正庚烷機理代替柴油在高比例廢氣再循環（EGR）LTC燃燒模擬中誤差較大。本文首先在課題組前期工作基礎上，對柴油燃料替代混合物（Surrogate）進行

2、了研究。針對柴油的實際組分，選取了正庚烷、甲苯、環己烷作為柴油的三組分替代混合物。正庚烷和甲苯機理以課題組前期工作為基礎，并進行了修正。環己烷機理利用直接關系圖法（DRG）進行第一步簡化，得到半詳細機理，再綜合利用敏感性分析法（SA）和反應速率分析法（ROP），針對發動機缸內燃燒邊界條件提出了環己烷的簡化機理。在上述基礎上，提出了柴油替代混合物正庚烷-甲苯-環己烷三組分簡化動力學機理，包含103種組分和200個反應。對燃燒滯燃期和重要組

3、分濃度進行的驗證表明，其計算結果與激波管、射流攪拌反應器等實驗數據以及詳細機理均能較好吻合。進一步的研究結果表明，除傳統C2+C4以及C3+C3生成苯環的反應外，環己烷通過連續脫氫反應生成苯環是另一重要途徑。采用80％正庚烷+10%甲苯+10%環己烷(質量分數)的多組分替代混合物，可以較好模擬柴油低溫燃燒反應動力學過程。
　　另一方面，丁醇是新一代生物質含氧燃料，并有四種同分異構體，柴油與丁醇摻混可顯著改善LTC的性能，為了將來研

4、究柴油丁醇混合燃料及丁醇同分異構體影響，本文還對丁醇四種同分異構體的化學反應動力學機理進行了研究。構建了丁醇四種同分異構體的統一簡化機理，包含85種組分和222個反應。對四種同分異構體的燃燒滯燃期進行了驗證，計算結果與詳細機理及實驗結果吻合較好。分析發現，丁醇四種同分異構體均含兩條基本反應路徑：低溫時，主要發生脫氫反應，脫氫最易發生在C-H鍵能最弱處，且羥基的存在使其后續產物及反應路徑與直鏈烷烴有顯著不同，除正丁醇外，其余三種同分異構體