發(fā)布時(shí)間：2017-08-24 01:04

  本文關(guān)鍵詞：基于解耦法的柴油和生物柴油表征燃料骨架反應(yīng)機(jī)理研究

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【摘要】：結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠的簡(jiǎn)化或骨架氧化機(jī)理,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的多維計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamic, CFD)模擬至關(guān)重要。本文通過(guò)不同燃料的火焰?zhèn)鞑ニ俣群蜏计诘拿舾行苑治霭l(fā)現(xiàn),火焰?zhèn)鞑ニ俣戎饕苄》肿蛹捌渥杂苫磻?yīng)控制,而對(duì)燃料相關(guān)反應(yīng)不敏感,與之相反,燃料相關(guān)反應(yīng)對(duì)滯燃期顯示較高的敏感性。基于以上分析和本課題組的相關(guān)工作,提出了解耦法構(gòu)建燃料骨架機(jī)理的理論依據(jù)。解耦法將燃料氧化機(jī)理分解為三部分：詳細(xì)H2/CO/C1子機(jī)理、簡(jiǎn)化C2-C3子機(jī)理和骨架C4-C。子機(jī)理。其中,詳細(xì)H2/CO/C1子機(jī)理用于預(yù)測(cè)火焰?zhèn)鞑ズ头艧崧?骨架C4-Cn子機(jī)理用于預(yù)測(cè)燃料消耗和滯燃期,簡(jiǎn)化C2-C3子機(jī)理為過(guò)渡機(jī)理。由于詳細(xì)H2/CO/C1子機(jī)理規(guī)模較小,簡(jiǎn)化C2-C3和骨架C4-Cn子機(jī)理可有效減少組分?jǐn)?shù)目,最終機(jī)理可與多維CFD模擬直接耦合。通過(guò)優(yōu)化C4-Cn反應(yīng)的速率常數(shù)和使用詳細(xì)H2/CO/C1子機(jī)理,基于解耦法構(gòu)建的骨架機(jī)理能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)燃料的化學(xué)反應(yīng)特性。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn),基于解耦法構(gòu)建各類燃料的骨架機(jī)理不適用于低當(dāng)量比、低溫工況,同時(shí),無(wú)法重現(xiàn)燃料分子結(jié)構(gòu)對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊憽楦倪M(jìn)解耦法性能,本文基于最新的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)工作,對(duì)解耦法加以改進(jìn)優(yōu)化,主要工作包括：(1)更新H2/02子機(jī)理；(2)改進(jìn)HCO/CH3/CH2O子機(jī)理反應(yīng)的速率常數(shù)；(3)構(gòu)建新的C2-C3子機(jī)理；(4)改善大分子子機(jī)理。結(jié)果表明,使用優(yōu)化后的解耦法構(gòu)建的骨架氧化機(jī)理能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)各類燃料的火焰?zhèn)鞑ニ俣�、低溫放熱率以及貧燃工況下的滯燃期。本文使用解耦法構(gòu)建了包括系列重烷烴、飽和脂肪酸甲基酯、丁醇異構(gòu)體、主要參比燃料(PRF)骨架氧化反應(yīng)機(jī)理數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)多種不同反應(yīng)器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證,表明在寬廣工況下,所有燃料機(jī)理均能較好預(yù)測(cè)單一組分及其混合物的著火和放熱特性。由于當(dāng)前骨架機(jī)理結(jié)構(gòu)緊湊,可直接與多維CFD程序相耦合,用以預(yù)測(cè)實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的著火、燃燒和排放特性。基于均質(zhì)壓燃(HCCI)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)機(jī)理進(jìn)一步驗(yàn)證,表明預(yù)測(cè)的缸內(nèi)壓力、放熱率,以及碳?xì)?HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO,)排放,均與實(shí)驗(yàn)值吻合得很好。根據(jù)實(shí)用燃油主要成分的類別,分別選取正癸烷／異辛烷／甲基環(huán)己烷(MCH)/甲苯混合物,以及正癸烷／癸酸甲酯(MD)／5-癸烯甲酯(MD5D)混合物作為柴油和生物柴油的表征燃料,并重點(diǎn)依據(jù)相應(yīng)燃油的化學(xué)性質(zhì),確定各成分含量。在此基礎(chǔ)上,使用改進(jìn)解耦法構(gòu)建實(shí)用表征燃料的骨架氧化機(jī)理,基于寬廣工況范圍單一組分及其混合物和實(shí)用燃油在多種基礎(chǔ)反應(yīng)器和發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),評(píng)價(jià)機(jī)理性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)和測(cè)量的滯燃期和主要組分濃度基本一致,表明忽略燃料分子間的交叉反應(yīng)的合理性。
【關(guān)鍵詞】：化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理 骨架機(jī)理 解耦法 表征燃料 內(nèi)燃機(jī)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK16
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-20
• 主要符號(hào)表20-22
• 英文縮略詞22-24
• 1 緒論24-40
• 1.1 研究背景及意義24-25
• 1.2 機(jī)理構(gòu)建方法25-32
• 1.2.1 詳細(xì)機(jī)理構(gòu)建方法25-27
• 1.2.2 詳細(xì)機(jī)理簡(jiǎn)化方法27-32
• 1.3 柴油表征燃料32-34
• 1.4 生物柴油表征燃料34-37
• 1.5 當(dāng)前研究存在的問(wèn)題37
• 1.6 本文的研究?jī)?nèi)容37-40
• 2 簡(jiǎn)化機(jī)理的構(gòu)建方法——解耦法40-78
• 2.1 計(jì)算模型40-46
• 2.2 包含誤差傳播和敏感性分析的直接關(guān)系圖方法(DRGEPSA)46-48
• 2.2.1 DRGEP方法46-47
• 2.2.2 敏感性分析方法47-48
• 2.3 基于混沌膨脹多項(xiàng)式的不確定性最小化方法(MUM-PCE)48-52
• 2.4 解耦法52-59
• 2.5 解耦法的優(yōu)化59-67
• 2.5.1 C_0-C_4機(jī)理縱覽60-64
• 2.5.2 解耦法中H_2/O_2子機(jī)理的優(yōu)化64
• 2.5.3 解耦法中C_1子機(jī)理的優(yōu)化64-65
• 2.5.4 解耦法中C_2-C_3子機(jī)理的優(yōu)化65-66
• 2.5.5 解耦法中大分子子機(jī)理的優(yōu)化66-67
• 2.6 主要參比燃料機(jī)理的驗(yàn)證67-77
• 2.6.1 激波管67-70
• 2.6.2 射流攪拌反應(yīng)器70-71
• 2.6.3 預(yù)混層流火焰71
• 2.6.4 層流火焰速度71-74
• 2.6.5 均質(zhì)壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)74-77
• 2.7 本章小結(jié)77-78
• 3 柴油表征燃料骨架氧化機(jī)理的構(gòu)建78-121
• 3.1 重烷烴機(jī)理的發(fā)展現(xiàn)狀78
• 3.2 重烷烴骨架機(jī)理的構(gòu)建78-80
• 3.3 重烷烴骨架機(jī)理的驗(yàn)證80-95
• 3.3.1 激波管80-81
• 3.3.2 射流攪拌反應(yīng)器81-88
• 3.3.3 流動(dòng)反應(yīng)器88-90
• 3.3.4 預(yù)混層流火焰90
• 3.3.5 對(duì)沖火焰90-91
• 3.3.6 火焰?zhèn)鞑ニ俣?/span>91-94
• 3.3.7 熄火拉伸率94-95
• 3.4 柴油表征燃料的發(fā)展95-96
• 3.5 表征燃料骨架機(jī)理的構(gòu)建96-98
• 3.6 表征燃料骨架機(jī)理的驗(yàn)證98-119
• 3.6.1 激波管99-106
• 3.6.2 射流攪拌反應(yīng)器106-110
• 3.6.3 流動(dòng)反應(yīng)器110-112
• 3.6.4 預(yù)混層流火焰112-113
• 3.6.5 火焰?zhèn)鞑ニ俣?/span>113-116
• 3.6.6 熄火拉伸率116-117
• 3.6.7 預(yù)混壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)117-119
• 3.7 本章小結(jié)119-121
• 4 生物柴油表征燃料骨架氧化機(jī)理的構(gòu)建121-148
• 4.1 飽和脂肪酸甲基酯氧化機(jī)理的發(fā)展現(xiàn)狀121-122
• 4.2 飽和脂肪酸甲基酯骨架機(jī)理的構(gòu)建122-125
• 4.3 飽和脂肪酸甲基酯機(jī)理的驗(yàn)證125-140
• 4.3.1 激波管125-130
• 4.3.2 射流攪拌反應(yīng)器130-135
• 4.3.3 流動(dòng)反應(yīng)器135-136
• 4.3.4 預(yù)混層流火焰136-137
• 4.3.5 對(duì)沖火焰137-138
• 4.3.6 火焰?zhèn)鞑ニ俣?/span>138-140
• 4.3.7 熄火拉伸率140
• 4.4 生物柴油表征燃料的發(fā)展140-141
• 4.5 表征燃料骨架機(jī)理的構(gòu)建141-142
• 4.6 表征燃料骨架機(jī)理的驗(yàn)證142-147
• 4.6.1 激波管142-143
• 4.6.2 射流攪拌反應(yīng)器143-145
• 4.6.3 實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)145-147
• 4.7 本章小結(jié)147-148
• 5 丁醇同分異構(gòu)體骨架氧化機(jī)理的構(gòu)建148-159
• 5.1 丁醇機(jī)理的發(fā)展現(xiàn)狀148-149
• 5.2 丁醇骨架機(jī)理的構(gòu)建149-151
• 5.3 丁醇骨架機(jī)理的驗(yàn)證151-158
• 5.3.1 火焰?zhèn)鞑ニ俣?/span>151-153
• 5.3.2 激波管153-154
• 5.3.3 射流攪拌反應(yīng)器154-155
• 5.3.4 流動(dòng)反應(yīng)器155-156
• 5.3.5 預(yù)混層流火焰156
• 5.3.6 對(duì)沖火焰156-158
• 5.4 本章小結(jié)158-159
• 6 結(jié)論與展望159-163
• 6.1 結(jié)論159-161
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)簡(jiǎn)述161
• 6.3 未來(lái)工作展望161-163
• 參考文獻(xiàn)163-189
• 附錄A 各種燃料的骨架氧化機(jī)理189-208
• 附錄B 小分子機(jī)理速率常數(shù)的改進(jìn)208-210
• 攻讀博士學(xué)位期間科研項(xiàng)目及科研成果210-212
• 致謝212-213
• 作者簡(jiǎn)介213

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本文編號(hào)：728305