為了找到適合活塞式發(fā)動機甲烷燃燒的化學反應動力學簡化機理,從甲烷燃燒詳細化學動力學機理出發(fā),利用敏感性分析法,分析了包括多個不同組分的22步、39步、51步和58步基元反應的4種不同簡化機理,并根據活塞式發(fā)動機的燃燒特點,將這4種簡化機理應用于均勻攪拌反應器模型內甲烷/空氣預混燃燒過程的計算中。研究結果表明:與詳細反應機理的計算結果相比,當采用較少步數的22步基元反應的簡化機理時,計算得到的燃燒溫度結果誤差較大,且出現明顯的峰值后移現象,計算誤差最大可達到12.5%。但隨著采用基元反應簡化機理的步數增加,這些誤差明顯減小。當采用58步基元反應的簡化機理時,計算得到的出口溫度和主要組分物質的量濃度隨當量比變化的結果,與詳細反應機理計算得到的結果基本吻合,最大誤差不超過1%。這說明58步的基元反應簡化機理包括了主要的反應式,計算結果具有足夠的精度,可以很好地預測甲烷/空氣預混燃燒現象。 

【文章來源】：河南科技大學學報(自然科學版). 2016年03期 第24-28+5-6頁 北大核心

【文章頁數】：7 頁

【部分圖文】：

在0．025MPa條件下，均勻攪拌反應器出口溫度隨當量比的變化

?039步2．254．604．163．303．205．0551步0．841．311．130．460．87－1．1958步00．730．500．450．63－0．7758步基元反應簡化機理計算時的最大計算誤差已降到0.77%。特別是隨著壓力的增大，51步和58步基元反應簡化機理的計算結果已十分接近詳細基元反應機理的計算結果(具體的計算誤差本文不再一一列出)，只是在當量比?大于1．6后，51步和58步基元反應簡化機理的計算結果比詳細基元反應機理的計算結果偏大一些，其主要原因是混合氣濃度過稀，即對稀薄的混合氣燃燒，需要更多步數的簡化機理來處理才合適。圖2不同壓力下，均勻攪拌反應器反應物和主產物物質的量濃度隨當量比的變化圖2為將采用22步、39步、51步和58步的不同基元反應簡化機理應用于均勻攪拌反應器時，反應物(O2、CH4)和主產物(CO2、H2O)物質的量濃度隨當量比?變化的計算結果，壓力分別為0．025MPa、0．100MPa和2．000MPa。從圖2可以看出:在不同的壓力下，采用不同的基元反應簡化機理時，反應物(CH4、O2)和主產物(CO2、H2O)的物質的量濃度隨當量比?的變化情況也是有差別的。當采用22步基元反應簡化機理時，無論在低壓還是在高壓條件下，反應物(CH4、O2)和主產物(CO2、H2O)的物質的量濃度都與詳細基元反應機理的計算結果有明顯的差別，且誤差較大，如0．025MPa壓力條件下，在當量比?為0．6～1．6時，反應物(CH4、O2)和主產物(CO2、H2O)的最大計算誤差分別為－1300%(?為1．6)(此處出現這么大的相對誤差是由于詳細基元反應機理的計算結果接近于0)、－39．1%(?為1．0)、－25.7%(?為1．6)和25．6%(?為0．6)。產生這些較大誤差的原因是，采用22步基元反應簡化機理計算時，由于機理過于?

Ｒ5314．0－12．0－51．7－46．6Ｒ989．2－8．2－34．0－29．9Ｒ1168．9－7．7－32．8－29．6Ｒ119－26．222．496．286．9Ｒ155－13．011．246．239．1Ｒ156－13．011．146．239．1Ｒ15830．0－25．7－110．1－98．6Ｒ161－9．48．233．631．02．2簡化機理計算分析由于內燃機的燃燒過程屬于復雜的流動燃燒現象，因此，選擇均勻攪拌反應器模型作為簡化機理的應用來進行計算分析。計算中均勻攪拌反應器容積V=67．4cm3，條件為絕熱(即反應器散熱速率Q=0)，反應物進口溫度T*=473K，滯留時間τ為0．002s。圖1在0．025MPa條件下，均勻攪拌反應器出口溫度隨當量比的變化圖1為在0．025MPa壓力條件下，將采用22步、39步、51步和58步不同基元反應簡化機理應用于均勻攪拌反應器時，出口溫度隨當量比?(實際的燃料空氣比與當量條件下燃料空氣比的比值)變化的計算分析結果。表4為在0．025MPa壓力條件下各簡化模型的計算誤差。從圖1可以看出:采用不同的基元反應簡化機理時，均勻攪拌反應器出口溫度的計算結果是有差別的。當采用22步基元反應簡化機理時，無論在低壓還是在高壓條件下，均勻攪拌反應器出口溫度的計算結果都與詳細基元反應機理(GＲI-Mech3．0)的計算結果有明顯的差別，誤差較大。在當量比?較小情況下，22步基元反應簡化機理的計算結果明顯小于詳細基元反應機理的計算結果，如在0．025MPa壓力條件下，計算誤差最大達7．30%(見表4);而在當量比?較大情況下，22步基元反應簡化機理的計算結果明顯大于詳細基元反應機理的計算結果，且出現明顯的峰值后移現象，計算誤差在當量比?為1．6時已達－12．50%。但隨著所采用基元反應簡化機理的步數增加時，這些誤差明顯減校當采用51步和58步基元反應簡化機理時，均勻攪拌反應器出?

【參考文獻】：
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本文編號：2912923