二甲醚清洁燃料均质压燃燃烧数值模拟研究
二甲醚燃料的燃烧性能研究
二甲醚燃料的燃烧性能研究摘要：将二甲醚用作替代能源，是我国抑制高油价影响的重要措施之一。
制取二甲醚的工艺主要有二步法和一步法，其中，对煤深加工并采用二步法制取DME 是我国较为现实、合理的工艺路线。
二甲醚因为本身含氧的缘故，具有燃烧效率高的特点，通过对其燃烧机理进行研究分析发现，同等热量条件下，与天然气、液化石油气等其它燃气相比较，二甲醚燃烧效率提高3.0～5.0%左右，而由于其十六烷值较高，特性与柴油相近的原因，可作为理想的柴油发动机洁净燃料，排放性能优越，因此，推广应用前景十分广阔。
而需要注意的是，由于二甲醚具有富氧燃烧特性，燃烧温度较高，必须关注其氮氧化物的排放情况。
关键词：二甲醚；燃烧机理；富氧燃烧；二步法工艺；一步法；替代；低排放；氮氧化物；能源。
1、引言实施替代能源战略是我国抑制高油价影响的重要国策。
二甲醚作为一种优质、现实的替代能源，产业发展前景十分广阔，从战略的高度，全面、系统、深入地研究二甲醚生产及其利用技术，符合我国能源发展方向，对于我国经济发展、环境保护与生态平衡具有重要意义。
2、二甲醚特性二甲醚分子式为C2H6O，分子量46.07，常压下是一种无色气体，具有与液化石油气（LPG）相似的特性，二甲醚与其它燃料特性比较如下表1。
表1：二甲醚与其它燃料特性比较3、二甲醚的制取与生产物耗二甲醚（DME）可以用天然气和煤作为原料来生产。
中国煤炭储藏量十分丰富,通过对煤深加工办法得到DME是合理途径。
目前国内外DME的生产工艺主要有三种。
（1）二步法以煤炭为原料，先制甲醇，再由甲醇脱水得到DME，该工艺在国内外均已十分成熟。
按目前的工艺条件，一般是2.5吨煤炭（劣质煤）可以合成1吨DME。
a) 先由煤氧吹气化以后得到合成气，其主要组分是CO + H2 ；b) CO + 2H2→CH3OH （甲醇生产）c) CO2 + 3H2→CH3OH+ H2O （甲醇生产）d) CO + H2O→CO2 + H2e) 2CH3OH→CH3OCH3 + H2O （二甲醚生产）（2）一步法据报道，一步法工艺已在美国、日本、丹麦等国开发成功，并进入中试阶段，预期不久将可建设工业化装置。
压缩比与EGR对二甲醚的HCCI特性影响的模拟研究
第32卷 第4期2008年8月武汉理工大学学报(交通科学与工程版)Journal of Wuhan University of Technolo gy(T r anspo rtat ion Science &Engineer ing )V ol.32 N o.4Aug.2008压缩比与EGR 对二甲醚的HCCI特性影响的模拟研究* 收稿日期:2008-04-06 刘 成:男,26岁,硕士,主要研究领域为内燃机燃烧与排放控制 *国家863项目(批准号:20032g 0007)和武汉理工大学科学研究基金项目(批准号:xjj 2005119)资助刘 成 颜伏伍 罗马吉 李 (武汉理工大学汽车工程学院 武汉 430073)摘要:应用单区燃烧模型和已建立的二甲醚氧化反应机理,对二甲醚的HCCI 过程进行了模拟计算,研究了变压缩比和不同的冷却EGR 率对二甲醚的HCCI 特性的影响.结果表明:随着压缩比的升高,二甲醚的两阶段着火均有提前,且间隔减小,燃烧持续期缩短;冷却EG R 率对二甲醚第一阶段着火时刻并无太大影响,第二阶段着火时刻随EG R 率的增大逐渐延迟,缸内压力和温度均有所下降,燃烧持续期增大.关键词:二甲醚;均质压燃燃烧;数值模拟;化学动力学中图法分类号:U 473.2 均质充量压缩燃烧(hom ogeneo us charge co mpr ession ignitio n ,HCCI )方式的主要特征是均匀预混合气在着火前形成,混合气靠压缩自燃,着火在多点同时发生,整个过程不存在火焰传播现象[1],并且无进气节流,泵气损失少.二甲醚(dim ethyl ether ,DM E )作为燃料具有高蒸气压、低沸点、压燃性好及混合气形成容易等特性,其与柴油混合燃烧可以同时减低柴油机的NO x 和碳烟排放[2],非常适合HCCI 方式.HCCI 主要受化学反应动力学的控制,因此化学动力学模型在其数值模拟中起着重要作用.本文从化学反应动力学的角度,应用单区模型和已建立的DME 化学反应机理,对DM E 均质充量压燃的着火和燃烧过程进行了模拟计算,并研究了压缩比、EGR 率对DM E 的HCCI 特性的影响.1 模拟方法1.1 计算模型采用单区零维详细化学动力学模型,利用美国Law rence Liv erm ore 国家实验室开发的化学反应动力学程序HCT (hy drodynamics,chemistr yand transport)完成二甲醚的HCCI 的模拟计算.假设混合气是理想气体,在燃烧室中的热力学状态、各组分的质量浓度分布、温度和压力均匀,不考虑进气门、排气门关闭时的泄漏和余隙容积中的残留混合气,并且不考虑燃烧室壁面的传热.1.2 化学动力学模型采用由Law rence Livermore 国家实验室的Cur ran 等人提出的最新二甲醚氧化反应机理,其中包括399个基元反应,涉及79种组分[3],反应主要包括裂解反应、脱氢反应、甲氧基-甲基基元反应、甲氧基-过氧化甲基基元反应、CH 2OCH 2O 2H 基元反应、O 2CH 2OCH 2O 2H 异构化反应、低温下的链分支反应等.在二甲醚的氧化反应过程中,低温反应机理和高温反应机理不同,如图1所示.由图1可知二甲醚氧化反应,在低温(<800K)时生成酮氢过氧化物组分的链分支反应起主要作用,随着温度的升高,烃基氢过氧化组分的链传递反应比重也随之上升,从而导致高温条件下 -裂解反应产生,当温度升到较高(>1000K )时二甲醚的单分子裂解反应和甲氧基甲基的 -裂解反应占主导地位.图1 二甲醚氧化反应流程简图2 计算结果与分析本文模拟计算采用的是四缸柴油机,其缸径为100mm 、直喷 型燃烧室,发动机排量为3298mm 3,进气门在上止点前132°CA 关闭,以压缩上止点为曲轴转角的零点,计算从进气门关闭开始,结束于膨胀行程的终点,所以计算中曲轴转角的范围是-132°～180°CA ,并且假设在模拟计算过程中,缸内压力、温度、各组分质量浓度处处相等,不考虑燃烧室壁面的传热.2.1 压缩比对二甲醚HCCI 特性的影响本文模拟中,采用的压缩比变化范围是8～19.2,选定的进气压力p in =0.095M Pa,进气温度T in =350K,转速n =1800r /min,分别计算了燃空当量比=0.3(如图2a))、0.5(如图2b))时的缸内压力、缸内温度和已燃燃料摩尔分数随曲轴转角的变化,如图2所示.图2 变压缩比对缸内压力、缸内温度、燃烧率的影响 二甲醚由于十六烷值较高,在其进行均质压缩燃烧时能够在着火前释放较多的能量,形成第一阶段放热高峰,此时为低温化学反应放热,如图2a )的温度曲线图,其第一阶段的温度突升,大约在800K 左右,缸内压力相应升高.这主要是由于冷焰反应和负温度系数效应(NT C )[4]的结果,同・650・武汉理工大学学报(交通科学与工程版)2008年 第32卷时使得第二阶段反映延迟;当反应物的温度超过1000K 时,燃料分子的链分支反应和链传递反应交替出现,气缸温度出现第二次突升,燃烧在整个燃烧室内同时进行,大部分燃料能在10°CA 内迅速燃烧,缸内压力在上止点附近达到最大值.由图2可以发现,二甲醚均质压燃发动机的缸内压力在快速升高前,均有一个较小的压力升高,且随着压缩比的增大,两阶段压力升高的时间间隔逐渐减小,并且燃空当量比=0.3时的压力升高分隔比较明显,而燃空当量比=0.5时,衔接得比较紧密.在图2a)中,随着压缩比从13.2增大到19.2,DM E 的着火时刻从7°CA 提前到-9°CA,缸内最大爆发压力出现点从7°CA 提前到-3°CA ,这主要是因为均质充量压缩着火是受化学反应动力学控制的,缸内混合气的温度和燃料的浓度与整个燃烧过程的化学反应速率有着密切的关系,而压缩比越大,燃料浓度越高,气缸内温度升高越快,所能达到的温度最大值越大,从而加速了化学反应的进行,导致DME 在氧化过程中能有更多的自由基产生,使得燃烧的着火提前,相应的缸内压力最大值点也提前,且由于第一阶段冷焰反应的时间提前,使得DME 的燃烧更加容易,这就缩短了冷焰反应和着火之间的时间间隔.从图2还可看出,当压缩比较大时,燃空当量比对最大压力爆发时刻和着火时刻的影响并不明显,燃烧持续期基本一致,而压缩比较小时,燃空当量比的大小对二甲醚的HCCI 有着十分显著的影响,甚至在同一压缩比(如 =12)下,当燃空当量比较大时燃烧可以进行,而燃空当量比较小时,发动机却会失火.因此,随着二甲醚HCCI 发动机压缩比的升高,混合气的稀燃能力提高,对于较低负荷的HCCI 发动机采用较高压缩比为宜,而当HCCI 发动机负荷较高时,循环供油量增大,燃空当量比也相应增大,为使发动机不至发生爆震和形成较大压缩负功,此时宜采用较低压缩比. 从图2可以知道,当燃空当量比=0.3、压缩比 =17时,发动机着火出现在上止点前5°CA ,燃烧持续期大致为10°CA,且在上止点前燃烧完成,缸内最大爆发压力出现在上止点前1°CA;当燃空当量比=0.5、压缩比 =17时,发动机着火出现在上止点6°CA,燃烧持续期大致为5°CA,且在上止点前燃烧完成,缸内最大爆发压力出现在上止点前4°CA.由上可知,在此2种情况下发动机着火燃烧均在正常范围内,且缸内最大爆发压力都在合适范围内,不致使发动机产生爆振现象,本文以下部分即选定压缩比 =17来研究废气再循环对二甲醚HCCI 特性的影响.2.2 EGR 对二甲醚HCCI 着火特性的影响本文为了更好地研究EGR 的组分浓度对二甲醚HCCI 着火和燃烧的影响[5-6],并没有考虑EGR 的温度影响,而是直接假定进气充量与EGR 混合后的温度保持为350K,并且假设燃烧完全.定义EGR 率为废气引入量占总废气量的体积分数,发动机转速仍然选定n =1800r /min ,进气压力为p in =0.095M Pa ,压缩比为 =17,燃空当量比=0.3,计算结果如图3所示.图3 EG R 率对缸内压力、缸内温度、燃烧放热率的影响 从图3可以看出,随着EGR 率的增加,缸内压力和温度逐渐减小,着火时刻延迟,并且从放热率随曲轴转角变化图上可以清楚看到第一阶段燃烧始点变化不大(几乎不变),第二阶段主燃烧着火时刻逐渐延迟,其两阶段着火时刻间隔增大.这是因为随着EGR 率的增加,可燃混合气质量浓度逐渐降低,其稀释效果使得燃烧放热率减小,缸内最大爆发压力相应减小;并且燃烧第一阶段着火主要与温度有关,受燃料浓度的影响并不是很大,而本文没有考虑EGR 对充量加热效应,所以反映在图上低温着火时刻并无太大变化;在低、高温着火时刻之间的化学反应受燃料组分浓度影响较大,质量浓度越小反应越慢,在相同时间内由于低温反应积累的能量也越小,此外又由于CO 2和H 2O 的比热容・651・ 第4期刘 成,等:压缩比与EGR 对二甲醚的HCCI 特性影响的模拟研究较大,使得缸内带EGR 的充量的比热容升高,所以随EGR 率的增长,缸内温升下降,高温着火延迟.虽然废气中含有一定量的氧气,能够增加可燃混合气中氧的含量,但是在EGR 的CO 2,O 2,H 2O ,N 2的4个主要组分中,N 2对DME 的HCCI 的着火延迟影响最大,因此当EGR 率达到了一定数值(EGR 率=50%)时,燃烧的第二阶段着火过迟,使得缸内温度还未达到DM E 的燃点,活塞就开始下行进入膨胀做功行程,缸内温度下降,此时发动机便会失火.3 结 论1)二甲醚的HCCI 呈现明显的2阶段性,即低温阶段和高温阶段,其两阶段着火时刻的间隔长短是由反应的负温度系数决定的.2)压缩比对二甲醚的HCCI 有着显著的影响,当压缩比增大时,缸内温度升高,着火始点逐渐提前,燃烧持续期逐渐缩短;燃空当量比对相同压缩比下的二甲醚的HCCI 的影响也比较明显,燃空当量比的增加会使得发动机着火更加提前,拓宽压缩比的适用范围.3)冷却EGR 对二甲醚的HCCI 的低温着火影响并不是很大,对高温着火有明显的延迟作用,随EGR 率的增大缸内压力和温度有较大程度的改变,燃烧反应速率降低,燃烧持续期延长,当EGR 率达到一定值时,发动机发生失火现象.参考文献[1]Na jt P M ,Fo st er D E.Com pr ession-ignitedhomo geneous cha rg e co mbustion [C ]//SAE P aper 830264,1983:964-979.[2]吕 林,段树林,吴锦翔.柴油机燃用柴油二甲醚混合燃料对其性能及排放的影响[J ].武汉理工大学学报:交通科学与工程版,2002,26(4):552-556.[3]罗马吉,黄 震.二甲醚均质压燃燃烧化学反应动力学机理数值模拟[J ].上海交通大学学报,2005,39(8):1266-1271.[4]Y udai Yamasaki ,Shinya T akabashi ,N o rimasa I ida .A uto -ig nitio n and com bustio n analy sis of D M E air HCCI engine by chemiluminescent measur ement and numer icalcalculation[C ]//Inter na tio nalSy mposium o n A lco ho l Fuels Confer ence andEx hibition,2002.[5]Chen Rui,M ilov ano vic N ebojsa,T urner Jamie,et al.T hetherma leffecto finternalex haustgasrecirculat ion on contr olled auto ignition [C]//SA E Paper 2003-01-0751,2003.[6]罗马吉,陈 志,黄 震,等.EGR 对二甲醚HCCI 着火过程的数值模拟研究[J ].汽车工程,2005,27(4):399-403.Simulation for the Effects of Compression Ratio and EGR on Combustion Characteristics of DM E HCCILiu C heng Yan Fuwu Luo Maji Li Liu(School o f A utomobile Engineering ,W uhan Univer sity of Technology ,W uhan 430073)AbstractThe chem ical reaction m echanism of Dimethly Ether (DME )and single zo ne co mbustio n m odel are used to investig ate the effects o f com pression ratio and cold EGR rate on HCCI com bustion characteristics .The results reveal that the increase o f co mpression ratio advances the ig nition timing of tw o stages,shor tens the interval of the tw o stages and combustion duration.Mo reover,as cold EGR rate increases,the ignition tim ing of the first co mbustio n stage has no remarkable change,but the ig nition timing of the seco nd stage delays ,and as the cy linder pressure and tem perature decreases ,the com bustion dur ation ex tends.Key words :DM E;hom ogeneous charg e compression ig nition(HCCI);numerical sim ulation;chem icalkinetics・652・武汉理工大学学报(交通科学与工程版)2008年 第32卷。
柴油掺烧二甲醚的实验研究
船海工程 2003 年第 3 期 (总第 154 期)
柴油掺烧二甲醚的实验研究
刘国涛1 吕 林1 卢 伟2
(1. 武汉理工大学 ,武汉 430063 ;2. 玉柴机器股份有限公司 ,玉林 537005)
摘 要 :二甲醚产量低 ,在柴油机上直接燃用二甲醚需改进原供油系统 ,短期内推广纯二甲醚柴油机不现 实 ;实验结果表明 ,在柴油中掺入一定比例的二甲醚可改善其雾化性能 、在柴油机上燃用柴油 - 二甲醚混合燃 料可改善其排放性能 。
CxH1. 8x CH3OH 180～370 65
0. 84
0. 79
5. 35～6. 28 0. 768
C3 H5OH 78
0. 81 —
CH4
- 162 — —
28. 43
42. 5
19. 5 25. 0 50. 0
235
250
450
55～60 40～55
5
420 650
8
—
34. 8
0
50. 0 34. 8 0
4 实验数据及分析[4]
本文在 YC6108Q 型柴油机上进行掺烧二甲 醚的实验研究 ,并测试了柴油机的排放性能 ,实验 数据及其分析如下 。 4. 1 NOx 排放
图 1 实验装置原理图
在高压油管前加装一个燃料混合器 ,用氮气 加压保持混合器在 0. 5 MPa 以上的压力 ,确保二 甲醚是液态 。在燃料混合器的底部有两个进口 、
社会严重的 、迫切需要解决的三大问题 。1999 年 机代用燃料 。
9 月 ,世界自然基金公布了当年环境指数 ,报告显 示从 1970～1995 年 ,全球环境指数下降了 30 %左 右 ;在大气污染中 ,汽车尾气排放所造成的污染占 大气污染的 60 %～70 %。虽然汽油机的有害排 放得到了很大程度的降低 ,但是汽油机效率低 、温 室效应气体排放高等缺点使得柴油机的应用变得 越来越广泛 。
二甲醚均质压缩燃烧的数值模拟研究
的燃烧方式是近年来研究 的热点 。Ｈ Ｃ 燃烧方式 ＣＩ
它主要处理和计算燃烧问题 中涉及到 的化学动力学
综合了汽油机和柴油机的特点 ，形成均质混合气并 压缩着火。这种新型燃烧方式是多点同时着火 ，几 乎没有火焰传播 ．燃料的着火和燃烧只受燃料氧化 反应的化学反应动力学控制ｌ ｌ Ｊ ，并且 可以保持较高 的燃料经济性 （ 尤其是 在部分负荷时 ） 。二甲醚是 种压燃式内燃机很好 的代用燃料 【 ２ 】 甲醚 的均 ，二 质压燃燃烧呈典型的两阶段放热规律 ，经历低温反 应、负温度系数区和高温反应 ３ 个过程嘲 。两 阶段 放热本文用单 区燃烧模型结合最新 的二 甲醚化学反
ｂ ｓ ｉｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｕ ｔｏ ｒｃｓ．
关键词 ：Ｄ ＭＥ 数值模 拟 变参数 均质压燃
Ｋ ｙｗｏ ｄ ： ｉ ｅ ｈ ｌ ｈ ｒ ｎ ｍ ｅ ｉａ ｉ ｌｔ ｎ ｖ ｒ ｔ ｎ ｈ ｍ ｏ ｅ ｏｕ ｈ ｒｅ ｅ ｒ ｓ ｄｍ ｔ ｙ ｅ ， ｕ ｒ ｌ ｍｕａ ｉ ， ａ ｉ ｉ ， ｏ ｇ ｎ ｓｃ ａ ｇ Ｅｔ ｃ ｓ ｏ ａｏ ｃ ｍｐ ｅ ｓｏ ｎｔ ｎ ｏ ｒ ｓ ｉｎ ｉ ｉｏ ｇ ｉ
１前言
‘
Ｈ Ｃ 燃烧方式是一种最新研究 的机 内净化技 ＣＩ
的 Ｈ Ｃ 燃烧 。模拟计算采用美 国 Ｌ ｗ ｅｃ ｉ— ＣＩ ａ ｒｎ ｅＬ ｖ ｅｍ ｒ 国家 实验 室开 发 的化 学 反应 动力 学 程序 ｒ ｏｅ
Ｈ Ｔ（ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍｉｓ ｈ ｍｉｔｙａ ｄｔａ ｓ ｏ ｔ 【 Ｃ Ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ ， ｅ ｓｒ ｎ ｒｎ ｐ ｒ）】 ｃ ４ ，
ｗａ ｔ ｄ ｅ ｄ ｉ ａ ｅ ｔ ｍｐ ｒ ｕ ｅ ｎ ｔｋ ｒ ｓ ｕ ｅ ｑ ｉ ｎ ｅ ｒ ｔ ｎ ｎ ｉｅ ｓ ｅ ｄ ｗｅ ｅ ｓ ｓ ｕ ｉｄ ａ ｎ ｎｔｋ ｅ ｅ ｉ ｒ ，ｉ ａ ｅ ｐ ｅ ｓ ｒ ，ｅ ｕｌ ｃ ａ ｏ ａ ｄ ｅ ｇｎ ｐ ｅ ｒ ｔ ｅ ｉ
微尺度条件下CH4_DME掺混燃料燃烧过程反应机理简化及数值模拟研究
大学硕士学位论文摘要近年来，碳氢燃料凭借高能量密度、质量轻、供电时间长等优点迅速吸引了国内外学者们的关注，基于碳氢燃料的微型动力系统获得了广泛研究。
微型燃烧器作为微型动力系统的核心部件，其工作性能与系统能量输出紧密相关。
但不同于常规尺度，微尺度燃烧面临着火焰淬熄和不稳定等挑战。
面对这些挑战，许多强化燃烧、稳定火焰的措施被研究者们提出。
我们课题组提出新的掺混方式，即甲烷/二甲醚/空气预混燃烧。
在前期实验工作中已经发现二甲醚的添加能大幅度拓宽可燃极限，有效促进甲烷的燃烧。
但实验平台测试技术有限，对甲烷掺混二甲醚燃烧的火焰动力学认识还不够充分。
数值模拟相较于实验方法能更便捷的获得燃烧过程的详细信息。
但当下适用于微尺度领域的甲烷/二甲醚混合机理尚未被开发出来。
因此，本文的工作之一是开发出适用于微尺度燃烧的甲烷/二甲醚混合燃料机理。
随后，运用该机理对甲烷/二甲醚/空气预混燃烧火焰动力学展开数值模拟研究，讨论二甲醚增强甲烷/空气燃烧稳定性的作用机制，并计算微燃烧器内的熵产率分析系统的㶲效率。
论文的主要研究工作和创新点如下：（1）采用DRGEPSA软件对甲烷/二甲醚详细化学反应机理进行骨架机理简化。
结合层流火焰速度敏感性分析，开发出适用于微燃烧领域的甲烷/二甲醚混合燃料机理（含有25个组分，96步基元反应）。
该机理能准确预测一个大气压下，当量比0.7至1.5，不同二甲醚掺混比的点火延迟时间、层流火焰速度。
利用所开发的机理，构建甲烷/二甲醚/空气在平板式微型燃烧器内的预混燃烧过程的三维数值模型进行模拟计算。
结果表明，该模型不论是火焰形态，还是吹熄极限，均与实验结果达到良好吻合。
（2）在不锈钢材质的平板式微燃烧器内，通过改变掺混比和当量比，完成了甲烷有无掺混二甲醚的火焰形态和吹熄极限基本对比。
发现掺混二甲醚后新增U型火焰和双峰U型火焰，并且当量比为0.9时倾斜火焰不存在。
讨论了贫燃和富燃条件对甲烷掺混二甲醚的作用原理，解释了添加二甲醚促进甲烷燃烧的主要原因。
二甲醚自由活塞HCCI发动机工作过程的仿真研究的开题报告
二甲醚自由活塞HCCI发动机工作过程的仿真研究的开题报告一、研究背景自由活塞发动机是一种独特的发动机结构，其特点是没有连杆和曲轴，活塞直接与传动机构相连。
该结构的优点在于其可以实现高效率、高功率输出以及低排放。
近年来，随着环保和节能要求的提高，HCCI （Homogeneous Charge Compression Ignition，均质混合气压缩点火）技术得到了广泛关注。
HCCI技术是将混合气压缩到火花点火的自然自燃点，从而实现高效率低排放。
由于HCCI技术需要严格控制混合气的燃烧过程，因此需要对发动机的工作过程进行深入研究。
本研究将以二甲醚为燃料，研究自由活塞HCCI发动机的工作过程。
二、研究目的本研究旨在通过数值仿真的方法，研究二甲醚自由活塞HCCI发动机工作过程，探究其燃烧过程、排放特性等问题，并分析影响发动机性能的因素，为HCCI技术的发展做出贡献。
三、研究方法本研究将采用基于AVL BOOST平台的数值仿真方法，建立二甲醚自由活塞HCCI发动机数学模型，模拟发动机的工作过程。
具体而言，研究将围绕以下方面进行：1. 建立二甲醚自由活塞HCCI发动机数学模型。
在模型中，将考虑发动机的几何结构、工作流程、燃料喷射、燃烧过程等因素，并通过实验数据对模型进行验证。
2. 分析发动机的燃烧过程。
采用数值模拟方法，研究发动机喷射过程、混合气的形成和燃烧过程等关键问题，探究发动机的最优工作参数。
3. 分析发动机的排放特性。
针对发动机的排放问题，研究其不同工作参数对排放物的影响，并进一步寻找排放物减少的途径。
四、预期成果通过本研究，可以得到二甲醚自由活塞HCCI发动机的数值模拟结果，对二甲醚在HCCI发动机中的应用和发动机性能的优化有着一定的研究价值。
同时，研究还可以为HCCI技术的发展和完善提供参考和借鉴。
二甲醚发动机缸内燃烧过程的三维数值模拟
二 甲醚 发 动 机缸 内燃 烧 过 程 的三维 数 值 模 拟
章 炜 左 承 基 刘 。 。 镇 。任 荣社 。
（． １ 海军蚌 埠士官学校 机 电 系， 安徽 蚌埠 ２ ３ １ ； ３ ０ ２ ２ 合肥工业大学 机械 与汽车工程学院 ， ． 合肥 ２ ０ ０ ； ３０９ ３ 海军工程大学 船舶 与动力学院 ， 汉 ４ ０ ３ ） ． 武 ３０ ３
中图分类号 ： Ｋ４ Ｔ ２ 文献标识码 ： Ａ
Ｔｈ （ ｌ ｅ ｓｏ ａ ｕ ｅ ｉａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｅ Ｐｒ ｃ ｓ ｎ ｈ ｅ Ｄｉ ｎ ｉ ｎ ’Ｎｕ ｒｃ ’Ｓ ｍ ｌ ｔｏ ｔ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｒｅ ｍ ｌ ｌ ０ ｍ ｌ ｌ ｌ １ ｌ ｅ ０ ｆｔ ｏ ｈ 。 Ｃｏ ｍｂ ｓ ｉｎ Ｃｈ ｍ ｂ ｒ ｏ ｍｅ ｈ ｌ ｈ ｒ Ｅｎ ｉ ｅ ｕ ｔｏ ａ ｅ ｆＤｉ ｔ ｙ Ｅｔ ｅ ｇ ｎ
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均质压燃(HCCI)燃烧技术的研究现状与展望
均质压燃（HCCI）燃烧技术的研究现状与展望均质压燃（HCCI）是一种全新的燃烧模式，它是预混均质可燃混合气在压缩行程中温度升高达到自燃点后自燃的燃烧模式。
作者主要阐述了均质压燃（HCCI）燃烧技术的概念与特点、当前研究所面临的难题和研究所取得的主要进展。
标签：均质压燃；低温燃烧；燃料改质引言当前，全球汽车保有量不断增加，然而能源日趋匮乏，排放法规越来越严重，因此内燃机的节能减排技术不得不受到重视，研发节能、清洁和高效的内燃机也具有更为重要的意义。
但是，现有的汽油机和柴油机仍然不能同时符合我们在经济性与排放性方面的需求。
均质压燃（HCCI，Homogeneous Charge Compression Ignition）作为一种全新的燃烧技术，有别于现有汽油机的点燃式与现有柴油机的压燃式，它兼具现有汽油机均质燃烧与现有柴油机压燃点燃的优点，能够提高发动机的动力性和经济性，同时大大降低发动机NOx和碳烟的排放。
1 HCCI燃烧技术的概念与特点从内燃机被发明以来，内燃机的点火方式有两种类型：一种是柴油机的压燃点燃方式；另一种是汽油机的点燃燃烧方式。
因为柴油机的热效率高，动力性好，可靠性高，常常被用在动力机械上，例如工程机械、载重货车等。
同时，汽油机凭借其构造简单、体积小、重量轻、转速高、振动噪声小等优点占领了大多数的乘用车市场，尤其是小轿车上多半配置的是汽油机。
因为人们对汽车的依赖性越来越高，全球汽车的保有量不断增加，环境也日趋恶化，能源越来越紧张，迫使人们不断地改进柴油机与汽油机的性能，同时积极地寻找更为清洁环保的发动机燃料。
在对这些新型清洁环保的发动机燃料研究时，研发人员使用了一些汽油机和柴油机比较完善的技术。
比如，尝试在柴油机中使用燃点较高的醇类燃料；为了让醇类燃料在汽油机中稳定燃烧，把汽油机的压缩比增加到11～13。
其中最为大胆和最有创新性的研究是結合柴油机和汽油机的优点，最后建立一种崭新的燃烧模式——均质充量压缩燃烧，即均质压燃（HCCI）。
C-19_二甲醚微火源引燃汽油混合燃烧中油气混合过程数值模拟_
二甲醚微火源引燃汽油混合燃烧中油气混合过程数值模拟Simulation of the oil and gas mixing process in the dimethyl ethermicro flame ignition冯译方谢辉陈韬杨欢(天津大学，内燃机燃烧学国家重点实验室，天津，300072)摘要：本文采用发动机三维仿真软件Converge对二甲醚微火源引燃混合燃烧中不同DME 喷射时刻对缸内油气混合过程进行模拟。
本文从仿真模型建立、喷雾模型原则与验证、缸内流场分析、缸内燃空当量比分析等方面介绍了不同DME缸内直喷时刻对缸内流动和燃空当量比的影响，为控制混合燃烧提供了理论依据和方法指导。
关键词：二甲醚、CFD、Converge、混合燃烧Abstract:In this study, the flow in cylinder and the oil and gas mixing process on different direct injection time of dimethyl ether are analyzed by three-dimensional numerical simulation with Converge software, which can be theoretical basis to control the DME micro flame ignition hybrid combustion. The simulation module and the spray module are also shown in this paper. Key words:Dimethyl Ether, CFD, Converge, hybrid combustion1. 概述火花点火-可控自燃（SI-CAI燃烧）作为一种新型燃烧方式，通过火花点火提高缸内的压力温度水平引起终然混合气自燃。
柴油机燃用二甲醚的HCCI特性模拟分析
Ｈ Ｃ 燃 烧模 块 是 封 闭 的 绝 热 系统 。混 合 气 在 ＣＩ
密 闭的气 缸 内反应 ， 有物 质 流出 和流入 ， 没 因此混 合 物 的总质 量守 恒 ， ： 即 ＝ １ 为常数 且 ｔ ＝ ｍ ０ ｋ ｃ ｔ
。
（） １
：
其 中 ， 为 第 ｋ种 物 质 的质 量 ， 为混 合 物 的 ｍ Ｋ
中 图 分 类 号 ：Ｋ ２ ．６ Ｔ ４ １ ２ 文 献 标 识 码 ： Ａ
近 年 来 ， 动 机 Ｈ Ｃ （ ｍｏｅｅ ｕ ｈ ｒｅ 发 Ｃ Ｉ Ｈｏ ｇｎ ｏ ｓ Ｃ ａｇ
（ ）换 气过 程 中 的质 量 损 失 为 零 ， ４ 即认 为 是 封 闭 系统 ， 不考 虑 泄露 。 同时 柴 油 机余 隙 中残 留 的混 合 气也不 考虑 。
１ ２ 基本 控 制方 程 ．
Ｃ ｍｐｅｓ ｎＩｎｔ ｎ 燃 烧 模 式 是 研 究 热 点 ， 究 结 ｏ ｒｓｉ ｉｏ ） ｏ ｇ ｉ 研 果 表 明发 动机采 用 Ｈ Ｃ 燃 烧 模 式可 以 同时 降低 发 ＣＩ 动机尾 气 中的 Ｎ ｘ和微 粒 Ｐ 排 放 ， 好 地 兼 具 了 Ｏ Ｍ 较
力性 能达 到最 佳 。
柴油 机和汽 油机 的优 点 ， 同时 获得 较 高 的热 效 率 能 和低 的排放 特 性 。Ｈ Ｃ 的 着 火 主要 受 到混 合 气 的 ＣＩ 化 学 动力影 响 ， 燃 烧 时 刻 的 控制 和工 况 的进 一 步 其 扩展仍 是 Ｈ Ｃ 发 展 中的难 点 。 ＣＩ Ｄ ＭＥ是 柴油 机 比较理想 的替 代燃 料 ， 着 良好 有 的 自燃 特性 和燃 烧 火焰 温 度 低 的特 性 ， 固有 分 子 其 结 构 的特点 ， 得 Ｄ 使 ＭＥ发 动 机 尾 气 中没 有 微 粒 排 放 。Ｄ ＭＥ能很 好 的适 应 二 冲 程 Ａ Ａ Ｔ Ｃ发 动 机 和 四 冲程发 动机 的 Ｈ Ｃ 燃 烧 模 式 ¨ 。在 Ｄ ＣＩ Ｊ ＭＥ的 自燃 过程中， 其燃 烧过 程呈 明显 的两 阶段 燃烧 ， 即低温 燃
二甲醚发动机PCCI-DI燃烧的数值模拟(Ⅰ)
ＤＯＩ１ ．９９ ｊｉ ｎ １７ ０ ９ ．０ １０ ．３ ：０３ ６ ／． ｓ．６４— ６ ６ ２ １ ．５ ０９ ｓ
二 甲醚 发 动 机 Ｐ Ｃ － Ｉ 烧 的数值 模 拟 （ ） Ｃ ＩＤ 燃 Ｉ
李 维 王 稳 黄勇成 汪 映 ， ， ，
ｂ ｒ ｉ ｇ ｒ ｔ ｉ ｔ ｃ ｏ ｎ ，ｔ ｅ ＫＩ Ａ— Ｉ ｒｇ ａ ｔ ａ ｕ ｎｎ ｕ ｅ ｒ ｙ ｗ ｒ ｓａｉ ｎ ｃ ｕｄ ｂ ｕ ｃ ｓｆ ｌ ｏ ｔｄ ｔ ｈ Ｃ ｔ ｕ ｎ ｎ ａｅ ｎ ｏ ａ ｃ ｕ ｔ ｈ Ｖ Ｉ ｏ ｒ ｍ ｔ ｎ ｉ ｇＳ ｐ ｒＣ ａ ｏ ｋ ｔｔ ｏ ｌ ｅ ｓ ｃ ｅ ｓｕ ｌ ｐ ｒ ｏｔ ｅ Ｐ ｏ Ｉ ｐ ｈ ｒ ｏ ｙ ｅ
中图分类号 ：Ｋ ２ Ｔ４１
Ｎ ｍｅｉａ Ｓｍｕａｉｎｏ ＣＣ ・ Ｉｃｍｂ ｓｏ ｎ ｉｅＦ ｅｅ ｉ ＭＥ （ ａｔ ｕ ｒ ｌ ｉ ｌｔ ｆ ｃ ｏ Ｐ ＩＤ ｏ ｕｔ ｎＥ ｇｎ ｕｌｄｗｔ Ｄ ｉ ｈ Ｐ ｒ Ｉ）
Ｌ ｅ ， ＡＮＧ ｅ ， ＩＷ ｉ Ｗ Ｗ ｎ ＨＵＡＮＧ ｎ — ｈ ｎ ， ＡＮＧ ｎ Ｙｏ ｇ ｃ ｅ ｇ Ｗ Ｙｉ ｇ
等因素之间的配合进行数学分析和模型， 以达到其 最佳 匹配 实 现 高 效低 污染 燃 烧 ， 要应 用 多维 模 型 Ｊ ＩＡ Ｉ是专 门 为模拟 内燃 机工 作 过 程 而设 。ＫＶ —Ｉ ｌ
第３ ０卷 第 ５期
２１ ０ １年 ｌ Ｏ月
重 庆 交 通 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ Ｈ Ｎ ＱＮ Ａ Ｔ Ｎ ＮＶ Ｒ ＩＹ Ｎ Ｔ Ｒ ＬＳ ＩＮ Ｅ Ｏ Ｒ Ａ Ｆ Ｏ Ｇ ＩＧＪ Ｏ Ｏ ＧＵ ＩＥ Ｓ （ Ａ Ｕ Ａ Ｅ Ｃ ） Ｃ Ｉ Ｔ Ｃ
二甲醚发动机PCCI-DI燃烧的数值模拟(Ⅱ)
第３ ０卷第 ６期
２１ 年 １ ０１ ２月
重 庆 交 通 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
０ Ｒ Ａ ＦＣ ０ Ｇ ＩＧＪ ０ Ｏ ＧＵ ⅣＥ ＳＩ ｆ Ａ ＇ Ａ ＣＥ Ｃ Ｕ Ｎ ＬＯ Ｈ Ｎ ＯＮ Ａ Ｔ Ｎ Ｎ Ｒ ＩＹ １ Ｒ ＬＳＩＮ Ｅ Ｉ ｒ Ｎ Ｕ
表 １ 发动机结构 参数和运转条件
Ｔａ ｅ １ Ｃｏ ｆｇ ｒ ｂｌ ａ ａ ｅｅ ｓ ａ ｄ ｏ ｅ ａ ｉ ｅ ｃ ｎ ｉｉ ｎ ｂｌ ｎ ｕ ａ ｅ ｐ ｒ ｍ ｔ ｒ ｎ ｐ ｒ ｔｖ ｏ ｄ ｔｏ ｓ ｉ ｏ ｈ ｎ ｉｅ ｆｔ ｅ ｅ ｇ ｎ
结 构 参 数 缸 径／ｍ ｃ 冲 程／ｍ ｃ １． 转 速／ｒｍｉ ００ （・ ｎ ） ｌ． １ 燃 油 ５
（． １ 西京学 院 汽 车学 院 ， 陕西 西安 ７ ０ ２ ； ． １ １３ ２ 西安交通大学 能动学 院， 陕西 西安 ７ ０４ ） １０ ９ 摘要 ： ＷＡ Ｅ破碎模型替代 Ｔ Ｂ液滴破碎模 型， 以 Ｖ Ａ 利用部分搅拌反应器燃烧模型结合详细化学反应机理对 ＫＶ Ｉ Ａｍ 程序进行扩充修正后 ， １台单缸二 甲醚发动机 Ｐ Ｃ ． Ｉ 烧过 程进行 了三 维数值 模拟 ， 对 Ｃ ＩＤ 燃 计算 结果 能够准确 反 映
运 转 条 件 １８ ０ ０ Ｄ ＭＥ
负荷下运行 可保 持 二 甲醚 发 动机 的热 效率 并 降 低 ＮＯ 排 放 Ｊ 。 由于二 甲醚与 柴 油 的 理化 性 质 差 异 较 大 ， 因此 直 接使 用 ＫＶ －１ ＩＡ １来研究 二 甲醚 的燃 烧 过 程 还存 在 １
压缩比、CO2对二甲醚均质压燃影响的数值模拟
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舟 蕾 燃烧 育 ｏ 崎士 ｅ ｅｕ ｈｒｅ 均 质充 量压 缩 女 （ ｔ备 奇ｏ ｎｏ ｓ ｃ ａｇ ｃｎ Ｈｍｇ ｏ—
象 和简 化 。 计算 中假设 燃烧 室单 区集 中 ， 混合 气完全 均匀混 合 ， 系统 区域各 热力 学参 数 相 同 ， 压缩 过程 和
程 中的漏气 损失 。
１ ． １控 制方 程
的优 点 ， 能够 获得 高 的热 效 率 和低 的 Ｎ 放 。二 Ｏ排
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｂｙ ｕ ｉｇ ｃ ｅ ｃ ｌｒ ａ ｔ ｎ ｄ ｎ ｍｉ ｓ ｓ ｆ ｒ ｏ ｓ ｔｕ ｉ ｔ ｙ ｔ ｅ ｏ ｇ ｎ ｏ ｓ ｃ ｍｐ ｅ ｓ ｎ ｃ ｍｂ ｓｉｎ ｓｎ ｈ ｍｉａ ｅ ｃ ｉ ｙ ａ ｃ ｏ ｔ ｅ ｔ ｅ ｐ ｄ ｍｅ ｈ ｌｅ ｈ ｒ ｈ ｍｏ ｅ ｅ ｕ ｏ ｒ ｓ ｉ ｏ ｕ ｔ ｏ ｗａ ｏ ｏ ｍｏ ｅ， ｔ ｉ ａ ｅ ｒ ｓ ａｃ ｅ ｅｆ ｃ ｏ ｏ ｒ ｓ ｉｎ ａｉ ａ ｄ ｎ ａ ｅ ｉ ｉ Ｃ ｏ ｄ ｍｅｈ ｌ ｔ ｅ ｈ ｍｏ ｅ ｅ ｕ ｄ ｌ ｈｓ ｐ ｐ ｒ ｅ ｅ ｒ ｈ ｓ ｆ ｔ ｆ ｃ ｍｐ ｅ ｓｏ ｒ ｔ ｅ ｏ ｎ ｉ ｔ ｋ ａｒ ｔ ｗ ｈ Ｏ２ ｎ ｉ ｔ ｙ ｅ ｈ ｒ ｏ ｇ ｎ ｏ ｓ
ｐｅｓ ｏ ｉ ｉｏ ， Ｃ ）是 一种 新 型 的内燃机 燃烧 ｒｓ ｎ ｇ ｔ ｎ ＨＣ Ｉ ｉ ｎｉ
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方 式 ，它结合 了传 统压 燃式 发 动机 和点燃 式 发动机
DME／LPG混合燃料HCCI燃烧模拟
DME／LPG混合燃料HCCI燃烧模拟
罗马吉;黄震
【期刊名称】《工程热物理学报》
【年(卷),期】2006(27)6
【摘要】根据碳氢燃料化学反应系统具有层次结构的特性,本文通过分析二甲醚(DME)与液化石油气(LPG)的详细化学反应机理,构建了反映DME／LPG混合燃料均质压燃(HCCI)燃烧的详细化学反应机理．采用该机理应用单区燃烧模型对DME ／LPG混合燃料HCCI燃烧的化学反应动力学过程进行了数值计算．计算结果与试验结果对比表明,所构建的DME／LPG混合燃料氧化的详细化学反应机理能够准确预测DME／LPG混合燃料的两阶段放热特性,对低温和高温着火始点的预测很好;但高温反应过程预测欠佳,高温反应机理需要改进．
【总页数】3页(P1060-1062)
【关键词】柴油机;均质压燃燃烧;反应机理;二甲醚;液化石油气
【作者】罗马吉;黄震
【作者单位】武汉理工大学汽车工程学院;上海交通大学内燃机研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TK421
【相关文献】
1.DME/柴油混合燃料HCCI燃烧与排放特性的试验研究 [J], 余敬周;张煜
盛;Elkelawy M;邱奎;谌祖迪
2.DME/LPG燃料比例实时优化的HCCI燃烧控制新方法 [J], 黄震;李德钢;乔信起;张武高
3.DME燃料HCCI燃烧过程及排放的数值模拟 [J], 黄晨;尧命发
4.LPG＋DME混合燃料的燃烧有效热量测试 [J], 江禄森;李少媚;邱艺峰;杨竖凯;陈世泰
5.LPG浓度对DME/LPG混合燃料HCCI燃烧的影响 [J], 罗马吉;黄震
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二甲醚燃料在压燃式发动机上的研究和应用前景
－ Ｔ ５ ７４４ 】 Ｑ １．。
【 献标识码 】 Ｂ 文
引 言
（ ） 甲醚分 子 结构 中只有Ｃ Ｈ Ｃ Ｏ ， １二 — 和 — 键 没有 Ｃ —
人 类对 能源 的需求 和 利用造 成 的环境 污染 困扰 着 世 界各 国。 世界 能源 的 紧缺 ， 接制 约着 全球 经济 的发 直 展。 因此各 国都在 投 巨资 ． 图寻求 解决 能源 危机 的有 力 效 办法 。我 国尽 管是 产油 大 国 ， 但也 是石 油进 口大 国 ．
一
些缺点 ， 对二 甲醚 燃 料 在 压 燃 式 发 动机 上 应 用提 出一 些 可 行 性 建 议 。
【 键 词 】 二 甲 醚 关 【 Ｉ￣ 中ｔ ｔ
压 燃 式发 动 机
应用 【 章 编 号 】 １０ — ７ Ｘ（０ ６ ０ — ０ ２ ０ 文 ０ ３ ７ ３ ２ ０ ）４ ０ ３ — ３
一
量 较少 ， 其理 论 混合气 的热 值 与柴油 相 当 ， 因此 使用 二
甲醚做燃 料 并不影 响 发动机 的功率 。４ 二 甲醚的 汽化 （） 潜 热几 乎是 柴油 的两 倍 ，由于 蒸发 吸热 降低缸 内混 合 气 温度 ， 有利 于抑制 Ｎ Ｏ 的生成 。 （ ） 甲醚 可 以 和传 ５二 统 燃 料 以任 何 比例 混 合 成 高 十 六 烷 值 的燃 料 ；混 合
醚 不像 甲醇 、 乙醇 、 化石 油气 和天然 气那 样需 要采用 液
助 燃措施 。 （ ） 然 二 甲醚的 热值 比柴油 低 ， 因其 分 ３虽 但 子 内部 氧含 量高 于柴 油含 氧量 ，燃烧 时所 需理 论空 气
要 ，供需矛 盾 日益 突 出。二 甲醚作 为近 年来 新兴 的发 动 机代 用燃 料 ， 来越 引起 了人 们广 泛 的兴趣 ． 越 相关 研 究 日益增 加 和 深 入 。Ｄ 燃 料 的 热值 为 ２ ．３ＭＪ ｇ ＭＥ ８ ／ ． ４ ｋ 且 自身 含氧 ， 能够 充分 燃烧 ， 析炭 、 不 无残 液 ， 一种 理 是 想 的 清洁燃 料 。 国是煤 炭资 源 的大 国 ． 我 充分 利用煤 炭 是 我们 解决 能 源问题 的 主要途径 。 工业上 ， 先从煤 炭 首
甲醇／二甲基醚双燃料均质压燃燃烧氧化机理分析
１概述
的双重压 力。汽车最主要燃料来 自石油提炼 出的柴 油和汽油 ，能源数据显示我国的煤的保有储量约占
随着 社 会 的进 步 人 民收 入 的 增 长 ，我 国汽 车 保
世界的 ３ ０ ％，可开采数百年 ，石油的保有储量仅为 世界的 ２ ． ４ ％。１ ９ ９ ３ 年起我 国就已经成为石油纯进 口
甲醇／ 二 甲基醚 双燃料均质压 燃燃烧氧 化机理分析
周晶磊 ，夏鸿文 ，潘逸凡
（ 长安 大学 汽车 学院 ，陕西 西安 ７ １ ０ ０ ６ ４ ）
摘 要 ：均质压燃 （ ＨＣ ＣＩ ）是一种 实现 内燃机 高效 ，清洁燃烧新 的途径 ，也是 海 内外发动机燃烧研究人 员研 究的热 点 内 容 。运行 工况的扩展 和准确的着 火时刻及燃烧速 率的控 制是 应用均质压燃 的重点和 难点。本文针对一种 甲醇催化合成得
醚双燃料均质压燃详细化 学反应机理和双燃料均质压燃与单燃料均质压 燃在放 热阶段表现 出的不 同奠定基础 。 关键 词：均质充量压燃 ；化学动力 学；二 甲基醚 ；甲醇
中图分类号：Ｕ４ ７ ３ ． １ ４
ＤＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ０ １ ． ０ ０ ４
ｌ ｅ ｔ ｔ ｈｅ ｉ ｇ ｎｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｉ ｍｅ ｍｏ ｒ ｅ ａ ｃ ｃ ｒａ ｕ ｃ ｙ ｎｄ ａ ｅ ｘ ｔ ｅ ｎ ｄ ｔ ｈｅ ｒ ａ ｎｇ ｅ ｏ ｆ ｏ ｐｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｔｈｉ ｓ ｗａ ｙ ｈ ａ ｓ ｔ ｈｅ ｐ ｏｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｔ ｏ ｐ ｕ ｔ ＨＣＣＩ ｉ ｎ ｔ ｏ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ １ ． Ｉ ｎ ｔ ｈｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｉ ｓ ｍａ ｉ ｎ ｌ ｙ ｓ ｕｄ ｔ ｙ ｔ ｈｅ ｏ ｘ ｉ ｄａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｉ ｓ ｍｉ ｘｔ ｕ ｒ ｅ ｕｅ ｆ １ ．Ｉ ｔ ｗｉ ｌ ｌ ｂｅ ｃ ｏｍｅ ｂａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｓ ｕ ｄｙ ｔ ｏ ｎ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ｅ ｄ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ：ｈ ｏ ｍｏｇ ｅ ｎ ｅ ｏ ｕ ｓ ｃ ｈａ ｒ ｇ ｅ ｃ ｏ ｍｐｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｉ ｇ ｎｉ ｔ ｉ ｏ ｎ； ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ｋ ｉ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｓ ； ＤＭ Ｅ ； ｍ ｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｏｌ
二甲醚甲醇混合燃料燃烧数值模拟研究
10.16638/ki.1671-7988.2021.05.031二甲醚／甲醇混合燃料燃烧数值模拟研究董兆晨1，王柏超2，田敏1（1.长安大学汽车学院，陕西西安710064；2.陕西重型汽车进出口有限公司，陕西西安710200）摘要：均质充量压缩着火燃烧（HCCI）技术的提出为内燃机的发展开辟了一种更为节能高效、绿色环保的新模式，着火性能差异较大的两种燃料掺混是实现均质混合压燃着火控制的有效方法。
文章利用CHEMKIN化学反应动力学模拟软件对二甲醚（DME）/甲醇混合燃料均质混合压燃燃烧过程进行了数值模拟研究，重点分析了燃料掺混比、过量空气系数、发动机转速以及进气温度对HCCI发动机燃烧特性的影响规律。
关键词：均质压燃；二甲醇；甲醚；燃烧特性；数值模拟中图分类号：U473.1+4 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)05-107-03Numerical Simulation Research on Combustion of DimethylEther/methanol Mixed FuelDong Zhaochen1, Wang Baichao2, Tian Min1（1.Chang'an University, School of Automobile, Shaanxi Xi’an 710064;2.Shaanxi Heavy Truck Import and Export Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200）Abstract: The introduction of the homogeneous charge compression ignition combustion (HCCI) technology has opened up a more energy-saving, efficient, green and environmentally friendly new model for the development of internal combustion engines. The blending of two fuels with large differences in ignition performance is an effective method to achieve homogeneous hybrid compression ignition control. In this paper, the chemical reaction kinetics simulation software of CHEMKIN is used to numerically simulate the combustion process of dimethyl ether/methanol mixed fuel homogeneous hybrid compression ignition. The analysis focuses on the influence of fuel blending ratio, excess air coefficient, engine speed and intake air temperature on engine combustion characteristics.Keywords: Homogeneous compression ignition; Dimethyl ether; Methanol; Combustion characteristics; Numerical simulationCLC NO.: U473.1+4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)05-107-03前言目前热效率最高的热力动力机械依然是各类内燃机，但是一方面，内燃机消耗相当多珍贵的化石类能源[1]，另一方面，内燃机的使用是大气污染与全球能源消耗的原因之一[2]。
直喷柴油机燃用二甲醚缸内工作过程CFD模拟的开题报告
直喷柴油机燃用二甲醚缸内工作过程CFD模拟的开题报告
直喷柴油机在未来的燃油市场中将面临严峻的挑战。
因此，寻求替代燃料是十分必要的。
二甲醚是一种绿色燃料，可以减少柴油机的尾气排放。
为了研究直喷柴油机燃用二甲醚的性能，数值仿真技术是一种有效的工具。
本文旨在探索直喷柴油机燃用二甲醚时缸内工作过程的CFD模拟。
首先，使用Eulerian-Eulerian方法建立了耦合的液相和气相模型。
接着，开发了适合于直喷柴油机应用的二甲醚燃烧模型。
最后，使用Star-CD软件进行了模拟，并评估了不同工况下的发动机性能指标。
研究结果表明，二甲醚在直喷柴油机中的燃烧性质与柴油相比具有很大的差异。
与柴油相比，二甲醚在发生点火延迟后，燃烧速度较快且燃烧持续时间较短。
在燃烧开始后，燃气温度迅速上升，而压力的变化相对较小。
使用二甲醚燃料时，发动机的效率略有下降，但是排放物质的减少可以弥补这一缺陷。
总而言之，本文提出了一种直喷柴油机燃用二甲醚缸内工作过程CFD模拟的方法，并进行了实验验证。
这一方法可以为柴油机替代燃料的研究提供有力支持，也为直喷柴油机未来性能的优化提供有益参考。
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均质充量压缩着火（HCCI ）燃烧，作为一种能有效实现高效低污染的燃烧方式，能够使发动机同时保持较高的燃油经济性和动力性能，而且能有效降低发动机的NO x 和碳烟排我是一个习惯了孤独的人，没有朋友。
因为我知道，在这个社会里不纯在真正的友情。
放。
此外HCCI 燃烧的一个显著特点是燃料的着火时刻和燃烧过程主要受化学动力学控制，基于这个特点，发动机结构参数和工况的改变将显著地影响着HCCI 发动机的着火和燃烧过程。
本文以新型发动机代用燃料二甲醚（DME ）为例，对HCCI 发动机燃用DME 的着火和燃烧过程进行了研究。
研究采用由美国Lawrence Livermore 国家实验室提出的DME 详细化学动力学反应机理及其开发的HCT 化学动力学程序，且DME 的详细氧化机理包括399个基元反应，涉及79个组分。
为考虑壁面传热的影响，在HCT 程序中增加了壁面传热子模型。
采用该方法研究了压缩比、燃空当量比、进气充量加热、发动机转速、EGR 和燃料添加剂等因DME 的HCCI 燃烧过程有明显的低温反应放热H 2O 2、H 2、EGR 、添加CH 4、CH 3OH 使着火滞后。
EGR ，燃料添加剂NUMERICAL SIMULATION OF HOMOGENEOUS CHARGE COMPRESSION IGNITION COMBUSTIONHCCI (Homogenous Charge Compression Ignition) combustion has advantagesNO x and smoke emission. Moreover,one of the remarkable characteristicsof for the ignition and combustion processof DME homogeneous charge compression ignition is studied. The detailed reaction mechanism of DME proposed by American Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) and the HCT chemical kinetics code developed by LLNL are used to investigate the ignition and combustion processes of an HCCI engine fueled with DME. The new kinetic mechanism for DME consists of 79 species and 399 reactions. To consider the effect of wall heat transfer, a wall heat transfer model is added into the HCT code. By this method, the effects of the compression ratio, the fuel-air equivalence ratio, the intake charge heating, the engine speed, EGR and fuel additive on the HCCI ignition and combustion are studied. The results show that the HCCI combustion fueled with DME consists of a low temperature reaction heat release period and a high temperature reaction heat release period. It is also founded that increasing the compression ration, the equivalence ratio, the intake charge temperature and the content of H 2O 2, H 2 or CO cause advanced ignition timing. Increasing the engine speed, adoption of cold EGR and the content of CH 4 or CH 3OH will delay the ignition timing.目录第一章绪论----------------------------------------------------------------------------------------------11.1引言-----------------------------------------------------------------------------------------------11.2HCCI的数值模拟研究现状------------------------------------------------------------------11.2.1 HCCI数值模拟模型---------------------------------------------------------------------1-------------------------------------------------------------------第二章DME均质充量压燃着火的数值模拟方法------------------------------------------------22.1 二级标题-----------------------------------------------------------------------------------------22.1.1 三级标题----------------------------------------------------------------------------------2--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------第五章结论----------------------------------------------------------------------------------------------4 参考文献---------------------------------------------------------------------------------------------------5 致谢---------------------------------------------------------------------------------------------------------6 译文及原文------------------------------------------------------------------------------------------------7第一章绪论引言随着汽车工业的发展和汽车保有量的增加,汽车在大量消耗石油燃料的同时,尾气排出,实现能源与环境长期可持续发展是摆NO x和PMNO x+HC排放[1]传统汽油机均质混合气,氧化碳(CO),可以通过三效催化后处理加以解决,但要达到欧IV及其以上标准仍存在较大困难,且汽油机的热效率低,在中低负荷工作时还有较大的泵气损失。
柴油机热效率高,但排气中的NO x和碳烟微粒排放物(PM)却难以折中,使用一种排放物减少的措施,往往导致另一排放物的增加。
由于柴油机总体上富氧燃烧,NO x的催化处理技术尚未成熟。
汽油机和柴油机的燃烧方式都不能解决碳烟和氮氧化物生成的trade-off关系,因而很难在这两种燃烧模式下通过改进燃烧来同时大量降低碳烟和氮氧化物的生成。
1.2 HCCI的数值模拟研究现状HCCI发动机的着火与燃烧过程与传统的火花塞点火式和压燃式发动机有着本质的区在HCCI发动机的着火燃烧过程中，燃料的化学反应动力学起着至关重要的作用。
因此，HCCI发动机燃烧模1.2.1HCCI数值模拟模型目前HCCI数值模拟研究主要集中在单区、多区和多维模型上[2]。
本节将从这三方面分）单区模型双区和多区模型多维模型第二章 DME 均质充量压燃着火的数值模拟方法2.1 二级标题正文内容（2-1）（2-2）表2-1 组分 H f (kcal/mol)S f (kcal/mol)C p (kcal/mol)A1 A2 A3100100100∑==Kk km m 1图2-1 气缸压力随曲轴转角变化的曲线第五章结论正文内容参考文献谭丙煜. 怎样撰写科学论文. 沈阳：辽宁人民出版社，1982：59[2] Eissen H N. An introduction to molecular and cellular principles of the immune ，New York ：Harper and Row ，1974：40李薰. 十年来中国冶金科学技术的发展. 金属学报，1964；7：442 ，Lee K Y ，Chey R F et al. Electrogastrographic study of patients with ，bloating and vomiting Gastroenterology ，1980；79：311[8]致谢正文内容。