基于化学反应动力学的氨的均质压燃数值模拟

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随着科技的进步,人们越来越关注新能源在内燃机中的新型燃烧方式。近年来,氨作为一种新型生物燃料正逐渐出现在研究者的视线中,被认为是一种具有发展前途的替代燃料。氨作为内燃机燃料的研究还处于初级阶段,且主要是用实验的方法来进行的研究。试验方法得到的氨燃料性能均是在特定条件下的结果,不能反映一般特征。利用氨燃烧反应机理对其进行均质压燃数值模拟可以得到氨燃料的一般特性,为氨燃料更好的应用提供理论依据。本文以大型气相动力学软件CHEMKIN中的均质压燃内燃机模型作为计算基础,首先寻找合适的氨燃烧氧化机理与内燃机模型进行耦合,对计算得到的燃烧性能结果分析,得出氨燃烧性能的优缺点,并分析氨的排放性能与燃烧氧化路径。最后根据燃烧性能提出改进措施,分析引燃燃料在燃烧过程中所起的作用。选取不同摩尔百分比的正庚烷进行计算分析,对比结果得出不同比例的引燃燃料对着火时刻、压缩比、进气温度和排放物的影响。通过分析氨燃料和内燃机均质压燃燃烧方法的研究现状,找出并对比不同研究者得到的氨燃烧氧化机理,最终选用经Catherine改善简化后的Konnov机理,该机理包含19种化学组分和80个基元反应。将机理与内燃机模型耦合得到计算用的内燃机模型,利用该模型计算出不同进气温度、进气压力、压缩比、内燃机转速和过量空气系数下的内燃机缸内温度和缸内压力随曲轴转角的变化关系,通过对计算结果进行分析得到氨燃料的燃烧性能。计算氮氧化合物在缸内的含量随曲轴转角的变化关系,分析不同条件下的NH3的排放性能。同时,分析不同EGR率对氨燃料燃烧与排放性能的影响。通过分析燃烧性能发现氨燃料着火点较高,在压燃式内燃机中使用其作为燃料时需要较高的进气温度和压缩比,所以采取措施来改善氨燃料性能。在氨燃料中加入燃点较低的正庚烷作为引燃燃料,分析引燃燃料在氨燃料被压燃时的引燃作用。在进行模拟计算时首先要建立混合燃料的燃烧氧化机理,将其与内燃机模型耦合,得到混合燃料的均质压燃燃烧模型。利用新的内燃机模型计算加入不同百分比的引燃燃料后缸内温度、缸内压力和排放物随曲轴转角的变化情况。
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