二甲醚/空气预混氛围对正庚烷扩散火焰的结构转变及动力学影响研究

摘要

活性氛围扩散燃烧（Diffusion Combustion in Reactivity Charge）是一种高效清洁的燃烧技术。由于预混活性燃料氛围的引入，其能有效实现扩散火焰低PM和低NOx的生成。本文以二甲醚与正庚烷的详细动力学理论为基础，基于对冲火焰模拟，研究了正庚烷扩散火焰的燃烧特性、结构转变及有害物的生成规律受二甲醚/空气预混活性氛围的影响。通过火焰化学动力学计算，研究了二甲醚氛围对正庚烷火焰的动力学影响机理，本论文的主要研究内容如下：　　火焰模拟结果表明：1）在空气侧预混二甲醚后，火焰中产生两个在空间上相互分离的反应区，其中，一个是预混反应区，其分布在空气侧燃烧器出口附近，另一个即燃料侧的非预混反应区也叫扩散反应区，靠近停滞面，且两反应区可通过放热率和CO的分布来识别。2）?A=0.3和?A=0.7是火焰结构完全转化时的两个当量比。3）对于?A=0.5~0.6时的火焰，其自持特性会导致火焰反应速率剧烈增大。4）随拉伸率增加，二甲醚预混氛围正庚烷扩散火焰的峰值温度降低，火焰厚度减小，燃烧区域变窄，表明火焰拉伸有将火焰压缩的作用；随燃气初始温度升高，预混氛围扩散火焰的火焰峰值温度增大，火焰厚度加宽，燃烧区域加宽。5）火焰中有害物生成的规律为：随当量比增加，二甲醚预混氛围正庚烷扩散火焰的CO、CH2O的生成增加，C6H6的生成减小；随拉伸率增加，CO、CH2O的生成均增加， C6H6的生成减小； 随预混侧燃气初始温度升高，CO、CH2O及C6H6的生成均增加。　　火焰动力学计算结果表明：1）在二甲醚预混氛围正庚烷扩散火焰中，随预混当量比的增加，OH+O+H和CH3+CH2O峰值均逐渐增大，且逐渐呈双峰分布，其峰值位置也逐渐向氧化剂侧移动，从而使燃烧加快，燃烧区域变宽。2）随拉伸率的增加，OH+O+H和CH3+CH2O峰值均逐渐增加，但拉伸率增加也会造成火焰热损失的增加，热损失因素抵消了预混燃气的放热率增加因素，同时拉伸率的增加会将火焰压缩，从而使燃烧区域逐渐变窄。3）随燃气初始温度的升高，OH+O+H和CH3+CH2O峰值逐渐增加，且其峰值位置逐渐向氧化剂侧移动。随当量比、预混温度及拉伸率的变化，这些反应的净反应速率也随之变化，这是预混活性氛围扩散火焰CO、CH2O、C6H6生成浓度变化的根本原因。

目录

1 绪 论

1.1 选题背景

1.2 内燃机燃烧技术发展

1.3 RCCI柴油机的研究进展

1.4 RCCI燃烧基础理论

1.5 二甲醚在内燃机中的应用

1.6 部分预混火焰(PPFs)在燃料侧及空气侧部分预混的研究现状

1.7 本文的研究意义及主要内容

2 火焰模型与数值研究方法

2.1.1 火焰布置

2.1.2 控制方程

2.2 Chemkin软件

2.3 RCCI燃烧火焰模型

2.4 燃气热力学基础

2.5 化学反应机理

2.6 关键参数定义

①预混当量比

②火焰拉伸率

2.7 本章小结

3 活性氛围扩散火焰的结构转变

3.1 计算条件

3.2 活性氛围扩散火焰的混合结构

3.3 活性氛围扩散火焰的结构转变

3.4 近可燃极限的活性氛围扩散火焰燃烧特性

3.5 本章小结

4 活性氛围扩散火焰的燃烧特性

4.1 火焰温度结构及轴向气体速率分布

4.2火焰厚度

4.3放热速率

4.4有害物质生成

4.5 本章小节

5 活性氛围扩散火焰的燃烧机理

5.1.1预混当量比对主要中间产物分布的影响

5.1.2火焰拉伸率对主要中间产物分布的影响

5.1.3初始温度对主要产物分布的影响

5.2.1重要活性基的生成

5.2.2 重要反应物的消耗

5.2.3重要产物的生成

5.2.4净反应速率

5.3本章小结

6 结论与展望

6.1 全文总结

6.2.工作展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 学位论文数据集

致谢

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