為了找到適合活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)甲烷燃燒的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)化機(jī)理,從甲烷燃燒詳細(xì)化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)理出發(fā),利用敏感性分析法,分析了包括多個(gè)不同組分的22步、39步、51步和58步基元反應(yīng)的4種不同簡(jiǎn)化機(jī)理,并根據(jù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒特點(diǎn),將這4種簡(jiǎn)化機(jī)理應(yīng)用于均勻攪拌反應(yīng)器模型內(nèi)甲烷/空氣預(yù)混燃燒過(guò)程的計(jì)算中。研究結(jié)果表明:與詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理的計(jì)算結(jié)果相比,當(dāng)采用較少步數(shù)的22步基元反應(yīng)的簡(jiǎn)化機(jī)理時(shí),計(jì)算得到的燃燒溫度結(jié)果誤差較大,且出現(xiàn)明顯的峰值后移現(xiàn)象,計(jì)算誤差最大可達(dá)到12.5%。但隨著采用基元反應(yīng)簡(jiǎn)化機(jī)理的步數(shù)增加,這些誤差明顯減小。當(dāng)采用58步基元反應(yīng)的簡(jiǎn)化機(jī)理時(shí),計(jì)算得到的出口溫度和主要組分物質(zhì)的量濃度隨當(dāng)量比變化的結(jié)果,與詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理計(jì)算得到的結(jié)果基本吻合,最大誤差不超過(guò)1%。這說(shuō)明58步的基元反應(yīng)簡(jiǎn)化機(jī)理包括了主要的反應(yīng)式,計(jì)算結(jié)果具有足夠的精度,可以很好地預(yù)測(cè)甲烷/空氣預(yù)混燃燒現(xiàn)象。 

【文章來(lái)源】：河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2016年03期 第24-28+5-6頁(yè) 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

在0．025MPa條件下，均勻攪拌反應(yīng)器出口溫度隨當(dāng)量比的變化

?039步2．254．604．163．303．205．0551步0．841．311．130．460．87－1．1958步00．730．500．450．63－0．7758步基元反應(yīng)簡(jiǎn)化機(jī)理計(jì)算時(shí)的最大計(jì)算誤差已降到0.77%。特別是隨著壓力的增大，51步和58步基元反應(yīng)簡(jiǎn)化機(jī)理的計(jì)算結(jié)果已十分接近詳細(xì)基元反應(yīng)機(jī)理的計(jì)算結(jié)果(具體的計(jì)算誤差本文不再一一列出)，只是在當(dāng)量比?大于1．6后，51步和58步基元反應(yīng)簡(jiǎn)化機(jī)理的計(jì)算結(jié)果比詳細(xì)基元反應(yīng)機(jī)理的計(jì)算結(jié)果偏大一些，其主要原因是混合氣濃度過(guò)稀，即對(duì)稀薄的混合氣燃燒，需要更多步數(shù)的簡(jiǎn)化機(jī)理來(lái)處理才合適。圖2不同壓力下，均勻攪拌反應(yīng)器反應(yīng)物和主產(chǎn)物物質(zhì)的量濃度隨當(dāng)量比的變化圖2為將采用22步、39步、51步和58步的不同基元反應(yīng)簡(jiǎn)化機(jī)理應(yīng)用于均勻攪拌反應(yīng)器時(shí)，反應(yīng)物(O2、CH4)和主產(chǎn)物(CO2、H2O)物質(zhì)的量濃度隨當(dāng)量比?變化的計(jì)算結(jié)果，壓力分別為0．025MPa、0．100MPa和2．000MPa。從圖2可以看出:在不同的壓力下，采用不同的基元反應(yīng)簡(jiǎn)化機(jī)理時(shí)，反應(yīng)物(CH4、O2)和主產(chǎn)物(CO2、H2O)的物質(zhì)的量濃度隨當(dāng)量比?的變化情況也是有差別的。當(dāng)采用22步基元反應(yīng)簡(jiǎn)化機(jī)理時(shí)，無(wú)論在低壓還是在高壓條件下，反應(yīng)物(CH4、O2)和主產(chǎn)物(CO2、H2O)的物質(zhì)的量濃度都與詳細(xì)基元反應(yīng)機(jī)理的計(jì)算結(jié)果有明顯的差別，且誤差較大，如0．025MPa壓力條件下，在當(dāng)量比?為0．6～1．6時(shí)，反應(yīng)物(CH4、O2)和主產(chǎn)物(CO2、H2O)的最大計(jì)算誤差分別為－1300%(?為1．6)(此處出現(xiàn)這么大的相對(duì)誤差是由于詳細(xì)基元反應(yīng)機(jī)理的計(jì)算結(jié)果接近于0)、－39．1%(?為1．0)、－25.7%(?為1．6)和25．6%(?為0．6)。產(chǎn)生這些較大誤差的原因是，采用22步基元反應(yīng)簡(jiǎn)化機(jī)理計(jì)算時(shí)，由于機(jī)理過(guò)于?

Ｒ5314．0－12．0－51．7－46．6Ｒ989．2－8．2－34．0－29．9Ｒ1168．9－7．7－32．8－29．6Ｒ119－26．222．496．286．9Ｒ155－13．011．246．239．1Ｒ156－13．011．146．239．1Ｒ15830．0－25．7－110．1－98．6Ｒ161－9．48．233．631．02．2簡(jiǎn)化機(jī)理計(jì)算分析由于內(nèi)燃機(jī)的燃燒過(guò)程屬于復(fù)雜的流動(dòng)燃燒現(xiàn)象，因此，選擇均勻攪拌反應(yīng)器模型作為簡(jiǎn)化機(jī)理的應(yīng)用來(lái)進(jìn)行計(jì)算分析。計(jì)算中均勻攪拌反應(yīng)器容積V=67．4cm3，條件為絕熱(即反應(yīng)器散熱速率Q=0)，反應(yīng)物進(jìn)口溫度T*=473K，滯留時(shí)間τ為0．002s。圖1在0．025MPa條件下，均勻攪拌反應(yīng)器出口溫度隨當(dāng)量比的變化圖1為在0．025MPa壓力條件下，將采用22步、39步、51步和58步不同基元反應(yīng)簡(jiǎn)化機(jī)理應(yīng)用于均勻攪拌反應(yīng)器時(shí)，出口溫度隨當(dāng)量比?(實(shí)際的燃料空氣比與當(dāng)量條件下燃料空氣比的比值)變化的計(jì)算分析結(jié)果。表4為在0．025MPa壓力條件下各簡(jiǎn)化模型的計(jì)算誤差。從圖1可以看出:采用不同的基元反應(yīng)簡(jiǎn)化機(jī)理時(shí)，均勻攪拌反應(yīng)器出口溫度的計(jì)算結(jié)果是有差別的。當(dāng)采用22步基元反應(yīng)簡(jiǎn)化機(jī)理時(shí)，無(wú)論在低壓還是在高壓條件下，均勻攪拌反應(yīng)器出口溫度的計(jì)算結(jié)果都與詳細(xì)基元反應(yīng)機(jī)理(GＲI-Mech3．0)的計(jì)算結(jié)果有明顯的差別，誤差較大。在當(dāng)量比?較小情況下，22步基元反應(yīng)簡(jiǎn)化機(jī)理的計(jì)算結(jié)果明顯小于詳細(xì)基元反應(yīng)機(jī)理的計(jì)算結(jié)果，如在0．025MPa壓力條件下，計(jì)算誤差最大達(dá)7．30%(見(jiàn)表4);而在當(dāng)量比?較大情況下，22步基元反應(yīng)簡(jiǎn)化機(jī)理的計(jì)算結(jié)果明顯大于詳細(xì)基元反應(yīng)機(jī)理的計(jì)算結(jié)果，且出現(xiàn)明顯的峰值后移現(xiàn)象，計(jì)算誤差在當(dāng)量比?為1．6時(shí)已達(dá)－12．50%。但隨著所采用基元反應(yīng)簡(jiǎn)化機(jī)理的步數(shù)增加時(shí)，這些誤差明顯減校當(dāng)采用51步和58步基元反應(yīng)簡(jiǎn)化機(jī)理時(shí)，均勻攪拌反應(yīng)器出?

【參考文獻(xiàn)】：
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