柴油機(jī)燃燒過程中多環(huán)芳香烴生成機(jī)理的多維數(shù)值研究.pdf

1、一㈣5kLk3lll判1110“”9”W⑧天洋大蓼碩士學(xué)位論文■_婀II■IIHl；鍾|油E門IⅢi學(xué)科專業(yè)：塑查墊煎墨三矍作者姓名：墮圭壹指導(dǎo)教師：墊墨董型塾堡2008年5月摘要隨著柴油機(jī)排放法規(guī)限值日趨嚴(yán)格及柴油機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，研究碳煙的生成機(jī)理，控制碳煙顆粒排放顯得尤為重要。多環(huán)芳香烴(PAHs)被認(rèn)為是碳煙形成的前驅(qū)物，其形成與生長過程引起了人們很大關(guān)注。本文在前期工作的基礎(chǔ)上研究并完善了正庚烷簡化動力學(xué)模型，應(yīng)用多維流體力學(xué)

2、模型與簡化動力學(xué)模型耦合計(jì)算，研究了柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒過程及PAHs的生成機(jī)理。通過對PAHs的形成和生長機(jī)理進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)PAHs主要遵循“脫氫加乙炔(HACA)“的機(jī)理的生長。將PAHs前驅(qū)體C2H2、C3H3的生成反應(yīng)作為連接反應(yīng)，把PAHs的生長反應(yīng)機(jī)理添加到修正后的Patel簡化模型中構(gòu)建了包含PAHs的正庚烷化學(xué)動力學(xué)簡化模型，該模型能較好地描述柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒條件下PAHs的生成過程。采用敏感性分析法對得到的包含PAHs生成機(jī)理

3、的正庚烷簡化模型進(jìn)行分析，得出對系統(tǒng)溫度和著火時(shí)刻影響較大的幾個(gè)關(guān)鍵反應(yīng)，并對模型的化學(xué)動力學(xué)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使之能更好預(yù)測正庚烷燃料著火和燃燒過程。利用優(yōu)化后的簡化模型進(jìn)行模擬計(jì)算，對發(fā)動機(jī)著火時(shí)刻、負(fù)溫度系數(shù)區(qū)、缸內(nèi)溫度和壓力、重要反應(yīng)物質(zhì)的模擬結(jié)果與詳細(xì)動力學(xué)模型的計(jì)算結(jié)果基本一致。建立柴油機(jī)三維CFD模型，并耦合包含PAHs生成機(jī)理的化學(xué)動力學(xué)模型對柴油機(jī)缸內(nèi)的燃燒及PAHs生成進(jìn)行了多維模擬，得到結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比對，驗(yàn)證了該

4、計(jì)算模型的可靠性。對不同初始邊界條件的研究表明：渦流比對缸內(nèi)速度場影響較大；一定的渦流比能強(qiáng)化噴到燃燒室壁上燃油的蒸發(fā)；高渦流比時(shí)，燃油被局限于活塞凹坑內(nèi)，火焰無法向燃燒室外沿發(fā)展，實(shí)際空氣利用率降低；缸內(nèi)PAHs隨渦流比增大而相應(yīng)減少。在增壓情況下，缸內(nèi)氧含量大，燃油燃燒更加完全，PAHs生成減少。低進(jìn)氣溫度時(shí)，缸內(nèi)燃燒滯燃期延長，PAHs生成減緩現(xiàn)象明顯。由于噴油持續(xù)期延長，低噴油壓力使PAHs在生成后期生成速度加快。隨著EGR增加