【作者】

Kevin Hoag

【摘要】

从二十世纪七十年代以来，燃烧化学反应机理的规模和精度稳步提高。从简单、单一组分燃料到不断增多的复杂燃料混合物，其火焰前锋传播和自点火特性均可得到精确模拟。基于上述化学反应动力学模型，可实现对复杂多维燃烧系统的分析。出于空气处理和其他系统级别问题的考虑，零维模型仍是一种重要的发动机系统开发工具。但是，其在应用于燃烧模拟时存在局限，因此常同时采用多维模型以分析发动机系统结构对燃烧过程的影响。 当使用独立发动机循环模拟时，通常使用简单的经验式点火模型，该模型可用于观察发动机在运行工况下发生自点火的倾向。本研究的主要工作内容即应用天然气燃烧反应机理来发展简化的自点火模型，从而使其适用于零维模型的模拟。研究目标包括基于反应动力学进行预测，使商业循环模拟易于实现，同时缩短计算时间。 本文的主要研究思路是，发展简化的天然气燃烧反应机理模型，在此基础上确定与自点火特性最相关的反应。该方法在化学计量比及稀燃汽油发动机中采用，其准确性得到广泛验证。在本文中，该方法被扩展用于柴油引燃的天然气发动机上。 根据天然气发动机及双燃料（天然气和柴油）发动机的燃烧过程，本研究同时验证了已发表文献中的一些简化反应动力学机理。这些机理中规模最小的包括53个组分和325个反应，规模最大包括293组分和1593个反应。在本文所采用的双燃料发动机中，柴油作为引燃物被喷入天然气/空气预混可燃混和气内。当柴油燃烧时，火焰前锋会向天然气/空气混合气传播，从而使其发生自点火。将简化的燃烧反应机理耦合于零维模型的计算脚本中，其目的在于识别与自点火最相关的反应。当找到灵敏度最高的反应时，即可确定与其相关的一系列对自点火敏感的反应包。 通过试验可测得发动机在一系列工况下的自点火特性。相应GT-Power模型添加了对应简化燃烧反应机理的脚本并经过仔细调试。研究表明，该模型可准确预测宽工况范围内的自点火特性。另外，该机理模型同时被拓展用于高速和中速柴油引燃天然气发动机，并在本文中展示了相应的对比结果。 本文旨在预测末端天然气/空气混合气在一定范围的转速、载荷、稀释比、当量比和替代率下的自点火。研究表明，该模型在CA50附近两曲轴转角内的预测效果很好。同时，每次验证均各自对比了相应的爆震和非爆震工况。其中，非爆震工况均可准确预测，而爆震时刻的预测值比试验值提前2个曲轴转角。

【会议名称】

第29届CIMAC会议

【会议地点】

加拿大 温哥华

【下载次数】

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