在内燃机领域,均质充量压缩点火(HCCI)燃烧技术是一种创新的内燃机燃烧方式,它结合了传统柴油机和汽油机的优点,具有高燃烧效率和低排放的特点,被看作是内燃机燃烧技术的一大进步。HCCI燃烧的核心优势在于燃料与空气的预混合,这使得燃烧过程更加均匀,湍流混合的作用较小,而更依赖于化学反应动力学的因素。因此,对燃料的化学反应动力学特性的研究就显得尤为重要。 甲醇由于其清洁燃烧、来源广泛、高辛烷值以及允许使用高压缩比等优点,被国内外研究人员广泛关注。甲醇分子中含有较高的含氧量,这使得它在燃烧时的清洁度非常高,德国大众汽车公司的实验也证实了甲醇在降低CO、HC和NOx排放方面的潜力。 甲醇的详细化学反应机理对于理解其燃烧过程至关重要。普林斯顿大学提出了一个包含20种物质组分和84个基元反应的详细机理,该机理能够在各种实验设备中很好地反映甲醇的燃烧过程、热效应以及燃烧污染物的生成。然而,随着化学反应机理的复杂性增加,计算机求解所需的时间也会增加,这限制了详细机理在多维燃烧模型中的应用。 为了解决这个问题,研究人员采用敏感度分析方法来简化甲醇的详细化学反应机理,形成了一个包含16种物质组分、17个基元反应的简化动力学模型。简化机理的主要内容包括甲醇的氧化反应、甲醛和CO的生成子模型。简化机理的提出,旨在剔除次要反应,建立一个便于应用的模型。 在本文中,作者闫妍和张煜盛通过敏感度分析确定了甲醇氧化燃烧过程中最关键的反应步骤,即对整个系统计算结果影响最大的反应步骤。他们首先确定了反应的骨干机理,然后根据需要进行修正。通过对比分析简化机理和详细机理,验证了简化机理在燃烧放热特征时刻、燃烧累积热效应、发动机缸内温度和压力曲线等方面的预测值与详细机理的计算结果相吻合,且简化机理在计算效率上有所提高,计算精度也满足了要求。 这项研究的意义在于,它不仅提高了对甲醇HCCI发动机燃烧与排放特性的数值模拟研究的效率,而且还为HCCI燃烧技术在未来的应用提供了重要的理论支撑。随着对甲醇及其燃烧动力学模型的深入研究,有望进一步推动内燃机技术的进步,实现更加高效、环保的内燃机设计。
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