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基础燃料(PRF)及汽油表征燃料(TRF)化学反应动力学骨架模型的研究

刘耀东  
【摘要】:由于实用燃料成分的多样性和化学反应动力学的复杂性,直接将详细机理耦合到流体力学中超过了当前计算机的能力。所以一方面需要选取几种简单的代表性成分,重现实用燃料的物理和化学特性,另一方面需要在保持性能的前提下,对详细机理进行简化。为了解决保持机理性能和缩小机理规模之间的矛盾,本文根据当前汽油表征燃料化学反应动力学的研究现状,提出了一种实用的构建多成分混合燃料化学反应动力学骨架模型的“半解耦”思想,并根据该思想构建了汽油表征燃料化学反应动力学骨架模型,通过了包括HCCI发动机的多种反应器和不同工况的实验验证。本文主要完成了以下工作。 1、比较系统地总结和分析了当前适用于发动机的基础燃料(PRF)和甲苯参比燃料(TRF)化学反应动力学机理的研究现状,简单地归纳了现有的详细机理简化方法,并指出了当前所存在的问题。 2、全面地对比和分析了现有基础燃料化学动力学骨架模型的不足,同时考虑现有详细机理简化方法的局限性,从理论上提出了“半解耦”思想,根据这种思想给出了一种实用的构建多成分混合燃料化学反应动力学骨架模型的方法。应用“半解耦”思想,以构建异辛烷化学动力学骨架模型为例,对比和分析了三种不同的“内核”机理,揭示了其共性问题,并确定选用C0~C1的详细和普适机理作为“内核” 3、将“半解耦”思想和方法应用于最基础的汽油表征燃料——异辛烷,构建了新的异辛烷化学动力学骨架模型,并通过了激波管、射流搅拌反应器、流动反应器、层流火焰速度和3D-CFD发动机的验证。 4、在成功构建异辛烷化学反应动力学骨架模型的基础上,将“半解耦”思想和方法应用到正庚烷和基础燃料上作为进一步拓展,构建了二者的化学动力学骨架模型,并通过了激波管、射流搅拌反应器、流动反应器、层流火焰速度和3D-CFD发动机的验证。 5、在基础燃料的基础上,通过“半解耦”思想和方法构建了甲苯和甲苯参比燃料的化学反应动力学骨架模型,并通过了激波管、射流搅拌反应器、流动反应器和层流火焰速度的验证。 6、选取两种不同配比的甲苯参比燃料作为汽油表征燃料,并应用新构建的甲苯参比燃料化学反应动力学骨架模型,通过激波管、层流火焰速度和3D-CFD发动机模拟了实际汽油的着火和燃烧特性。计算结果与实验数据达到了满意的吻合。


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