燃燒‘火用’損失機(jī)理及重整燃料分子均質(zhì)壓燃燃燒研究.pdf

1、提高內(nèi)燃機(jī)效率不僅可以有效減少石油供應(yīng)緊張的壓力，還可以緩解由于CO2排放帶來(lái)的環(huán)境壓力。因此，在世界范圍內(nèi)，如何進(jìn)一步提高內(nèi)燃機(jī)效率已成為內(nèi)燃機(jī)技術(shù)最具挑戰(zhàn)的課題，受到廣泛關(guān)注。但是，目前內(nèi)燃機(jī)最高有效熱效率僅略大于40％，而內(nèi)燃機(jī)不經(jīng)“根本性”改造，最大有效熱效率很難超過(guò)60％。制約活塞式內(nèi)燃機(jī)效率的一個(gè)重要原因是其“非約束燃燒”過(guò)程損失的做功潛力，這個(gè)損失比例高達(dá)燃料初始做功潛力的20～25％。因此，理解該損失過(guò)程并探索降低損失、

2、最大化‘火用’利用率的方法是今后進(jìn)一步提高內(nèi)燃機(jī)熱效率的新方向。本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬，詳細(xì)研究了內(nèi)燃機(jī)“非約束燃燒”的‘火用’損失過(guò)程，探索了最小化內(nèi)燃機(jī)‘火用’損失、最大化‘火用’/功轉(zhuǎn)化效率的新途徑。
　　為更好地描述內(nèi)燃機(jī)燃燒過(guò)程的‘火用’損失機(jī)理，本文創(chuàng)新性地發(fā)展了一種計(jì)算非平衡態(tài)燃燒過(guò)程的化學(xué)動(dòng)力學(xué)‘火用’損失模型，基于化學(xué)動(dòng)力學(xué)和非平衡態(tài)熱力學(xué)中的局部熱力學(xué)平衡原理，首次明確了復(fù)雜化學(xué)動(dòng)力學(xué)中每一步基元反應(yīng)

3、的‘火用’損失，為進(jìn)一步確定內(nèi)燃機(jī)非平衡態(tài)化學(xué)反應(yīng)中最主要的‘火用’損失源、探索減少‘火用’損失的控制方法提供了理論依據(jù)。
　　研究并篩選了以正庚烷為例的基礎(chǔ)燃料詳細(xì)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型，確定了其燃燒過(guò)程的化學(xué)動(dòng)力學(xué)‘火用’損失機(jī)理，結(jié)合‘火用’損失源和化學(xué)動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，歸納總結(jié)出了基礎(chǔ)燃料燃燒過(guò)程的損失特征，并進(jìn)一步研究了燃燒過(guò)程‘火用’損失源的影響因素，探索了高效燃燒反應(yīng)的約束條件。基于對(duì)‘火用’損失源及控制方法的研究，以減少‘火用

4、’損失、節(jié)約能量為目的，探索了進(jìn)一步降低內(nèi)燃機(jī)燃燒過(guò)程‘火用’損失的方法，提出了高溫?zé)o氧燃料重整理念，并從理論上探討了高溫?zé)o氧燃料重整的可行性及其在節(jié)約系統(tǒng)‘火用’方面的優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)和搭建了滿足燃料改性要求的化學(xué)動(dòng)力學(xué)流動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果，討論了高溫?zé)o氧重整理念的正確性以及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的可行性。
　　基于對(duì)‘火用’損失源的分析和高溫?zé)o氧燃料重整的研究，探索了提高內(nèi)燃機(jī)熱效率的新途徑，提出了一種可行的高效內(nèi)燃機(jī)燃燒原理——重