湍流对缸内存在催化燃烧的HCCI发动机燃烧与排放特性的影响.pdf

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1、第39卷第2期2010年4月小型内燃机与摩托车SMALLINTERNALCOMBUSTIONENGINEANDMOTORCYCLEV01．39No．2Apr．2010·研究·开发·湍流对缸内存在催化燃烧的HCCI发动机燃烧与排放特性的影响+曾文1·2艾延廷2徐葳2马洪安2(1一天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津3000722一沈阳航空工业学院动力与能源工程学院)摘要：将发动机多维CFD程序KIVA一3V与化学动力学程序CHEMKINIll及DETCHEM相耦合，模拟了湍流模型对缸内存在催化燃烧的HCCI发动机燃烧及排放特性的影响。发动机以甲

2、烷为燃料，其表面和空间化学反应采用了详细的动力学机理。分析了两种湍流模型对缸内存在催化燃烧的HCCI发动机着火时刻、缸内温度场及HC、CO、NO浓度场的影响，结果表明当采用RNGk一￡模型时，与采用标准k一8模型相比，HCCI发动机着火时刻会有所延迟，HC、CO排放有所升高，但NO。的排放将会有大幅降低。关键词：催化燃烧均质压燃化学动力学模型数值模拟湍流模型中图分类号：TK411．2文献标识码：A文章编号：1671—0630(2010)02—0001—05EffectsofTurbulentFlowontheCharacteristicsofC

3、ombustionandEmissionsofIn—CylinderCatalyticHCCIEngineZengWenl⋯，AiYantin92，XuWei2，MaHongan21一StateKeyLaboratoryofEngines，TianjinUniversity(Tianjin，300072，China)2一SchoolofEngineandEnergyEngineering，ShenyangInstituteofAeronauticalEngineeringAbstract：BycouplingtheKIVA一3VengineCF

4、DpackagewiththeCHEMKINIIIandDETCHEMchemicalkineticspackages，theeffectsofturbulentflowmodelsonthecombustionprocessandemissionsofin．cylindercatalytichomogeneouschargecompressionignition(HCCI)engineweresimulated．Methanewasusedasfuelandthedemiledsurfaceandgasreactionmechanismswe

5、readopted．Theeffectsoftwoturbulentflowmodelsontheignitiontiming，thetemperaturefieldandtheconcentrationfieldsofHC，COandNOofanin—cylindercatalyticHCCIenginewerediscussed．Theresultsshowthatcomparedwithk-8model．theignitiontimingisdelayed，tlleemissionsofHCandCOaleinereased，butthe

6、NO，emissioniSdecreasedwithRNGk．8model．Keywords：Catalyticcombustion，Homogeneouschargecompressionignition(HCCI)，Chemicalreactionki—neticsmodel，Numericalsimulation．Turbulentflowmodel引言均质压燃(HCCI)发动机以其高经济性、低NO，和微粒排放的突出优越性成为目前发动机研究的主要方向之一。但HCCI过程还存在许多问题有待解决：其适用的工况范围较窄，着火时间、燃烧速率不易控

7、制、Hc及CO的排放有待降低等‘1

8、。同时由于HCCI发动机的排放温度较低，尾气后处理(三元催化)效果不好。因此可以考虑在内燃机活塞顶、气缸盖、气缸壁上涂加催化剂，改变缸内的燃烧过程和内燃机燃烧特性，降低CO及未燃HC的排放并扩展燃烧极限‘21。}基金项目：中国博士后基金(20080430733)，辽宁省教育厅项目(2008545)。作者简介：曾文(1977一)，男，博士后，副教授，主要研究方向为内燃机工作过程及数值模拟。2小型内燃机与摩托车第39卷作者对缸内催化燃烧影响HCCI发动机着火特性、燃烧与排放特性进行了详细的研究，结果发现缸内催化燃

9、烧能明显促进燃料的着火，同时能很大程度降低HC、CO的排放L3“J。在HCCI燃烧过程中，湍流是否直接影响化学反应速率，这个问题自HCCI概念提出至今