基于化学动力学的甲烷燃烧性能数值模拟.pdf

《基于化学动力学的甲烷燃烧性能数值模拟.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第37卷第3期武汉理工大学学报(信息与管理工程版)V01．37No．32015年6月JOURNALOFWUT(INFORMATION&MANAGEMENTENGINEERING)Jun．2015文章编号：2095—3852(2015)03—0322—05文献标志码：A基于化学动力学的甲烷燃烧性能数值模拟熊晶晶，杨胜兵，钟绍华(1．武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室，湖北武汉430070；2．汽车零部件技术湖北省协同创新中心，湖北武汉430070)摘要：对天然气中的主要成分甲烷的燃烧性能进行了研究

2、，在化学动力学的基础上研究了甲烷的燃烧性能和燃烧过程，利用气象动力学软件Chemkin中的零维单区模型建立了甲烷的均质压燃燃烧仿真模型。提出掺入正庚烷来实现甲烷的均质压燃，研究了掺人不同比例的正庚烷对甲烷着火相位和初始条件要求的变化，研究结果表明，掺入少量的正庚烷即可降低进气温度，加入15％的正庚烷可使甲烷实现低温压燃，为天然气在均质压燃条件下的使用提供了较好的思路，对推广天然气在内燃机中的使用有重要参考价值。关键词：化学动力学；甲烷；均质压燃；引燃燃烧中图分类号：TE642DOI：10．3963／j．is

3、sn．2095—3852．2015．03．016环境污染和汽车保有量的双重压力迫切要求发动机的运行特性，研究了不同掺氢比例下甲烷找到合理的替代能源。天然气不仅具有很高的能燃烧的变化状况。量密度和抗爆性，还具有节能减排的特点，因此在笔者在甲烷燃烧的化学动力学过程的基础替代能源中受到重视。但天然气在均质压燃的过上，提出了改善燃烧的方法，即在甲烷中掺人正庚程中会出现相应的缺点和不足，在此背景下笔者对烷，通过压缩比、进气温度和过量空气系数等来控天然气中的主要成分甲烷的燃烧性能进行了研究。制甲烷的着火时刻和对初始进气

4、温度的要求，分天然气的主要成分为甲烷。其主要优点有：析其对燃料燃烧性能的影响。燃烧产生的污染物少、使用特性好、抗爆性好、与根据甲烷的燃烧特性可知_】，在HCCI燃烧空气混合气着火界限宽、经济性好。条件或压燃条件下，以正常的进气温度使用甲烷天然气燃烧缓慢，不易压燃，因此很多学者致几乎是不可能的，因此必须采取加热措施或加入力于改善天然气燃烧的不足。文献[1—2]利用引燃燃料来降低其对进气温度的要求。多区模型研究了不同的进气温度、压缩比和进气1甲烷燃烧与正庚烷燃烧的对比压力等参数对天然气燃烧的影响；文献[3]和文

5、献[4]分别以敏感度分析和最优简化法为基础，从表l可以看出，甲烷和正庚烷在引燃温度、对GRI—MECH3．0机理进行简化，并与原有机理分子量和热值方面完全不同，属于两种完全不同进行了对比，得到了简化后的甲烷反应机理；文献的燃料。[5]利用三维CFD软件对甲烷的燃烧和排放进行正庚烷具有与柴油相当的十六烷值(均为了研究，得出了各排放物在缸内的分布隋况；文献56)，容易在压燃式内燃机中使用，笔者将正庚烷[6]针对甲烷燃烧过程中的碳氢排放，提出了一作为甲烷的引燃燃料以降低甲烷燃烧的使用条种快速有效的测试碳氢排放量的

6、方法；文献[7]件。正庚烷的氧化机理来自于美国LawrenceLiv-对天然气在压燃式内燃机中的使用做了系统的研ermore国家实验室，其包含29个组分和52个基究，研究了燃烧室几何形状对燃烧特性和气体流元反应。动的影响，以及扩大天然气发动机运行范围的方1．1不同压缩比条件下的对比法等；文献[8]研究了甲烷在不同水油混合比下为对比不同压缩比条件下两种燃料的燃烧性的燃烧特性；文献[9]致力于掺氢来改善天然气能，设定进气温度为500K、转速为16O0r／min、进收稿日期：2014—10—25．作者简介：熊晶晶

7、(1988一)，女，湖北广水人，武汉理工大学汽车工程学院硕士研究生第37卷第3期熊晶晶，等：基于化学动力学的甲烷燃烧性能数值模拟323表1甲烷和正庚烷物化性质对E匕气压力为1bar和过量空气系数为1，在不同压缩比下模拟计算两种燃料的燃烧温度。图1为模拟得到的正庚烷和甲烷的燃烧温度随曲轴转角的变化曲线。图2不l司进气温度F正庚烷和甲烷燃烧温度随曲轴转角的变化曲线进气温度比正庚烷高约200K。1．3不同过量空气系数条件下的对比图3设定压缩比为17、转速为1600r／min、进气压力为1bar和进气温度为500K

8、。由图3可知，随着过量空气系数的升高，两种燃料的着火提前，缸内温度也有所降低。在该模型和模拟条曲轴转角／。CA件下，正庚烷和甲烷的不同在于前者对过量空气图1不同压缩比下正庚烷和甲烷系数的要求较低，由图3可知在混合气很浓的情燃烧温度随曲轴转角的变化曲线况下(为了突出问题，取过量空气系数为0．2)正从图1可知，随着压缩比的增加，两种燃料的庚烷可正常燃烧，即在上止点之前达到全面燃烧，着火提前，缸内温度也有所升高。在该模