甲烷及天燃气HCCI的数值模拟

【摘要】：为了减少汽车尾气对环境造成的污染,用天燃气(主要成分为甲烷)作为汽车的新能源以替代汽油,是一个新途径因为天燃气几乎不含硫化物,并且在火花点火燃烧(Spark Ignition)过程中。不会产生粉尘,所以,使用天燃气将显著地减少对大气的污染,但是,甲烷在火花点火式气缸燃烧过程中会产生过量NO_x,NO_x同样会造成严重的环境污染。所以,为天燃气寻找一种新的燃烧方式以减少NO_x的排放,将会对天然气的广泛应用产生举足轻重的影响。 作为第三代往复式发动机的燃烧,HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)燃烧将解决NO_x排放量的问题。由于均匀压燃下均匀燃烧取代了火花点燃,这就使得在燃烧过程中,避免了火焰的传播,因此,可以忽略湍流的影响。同时与传统的迪塞尔气缸燃烧相比,HCCI是均匀燃烧,即燃料几乎同时被点燃,因此它将显著地减少烟尘和NO_x的产生。正因如此,对天燃气的HCCI燃烧的研究也日益受到社会的关注,许多大公司也正在考虑设计关于HCCI的未来新型环保发动机。 我们研究的目的就是通过数值模拟考察气缸中天燃气和甲烷的HCCI燃烧以及NO_x的排放。根据HCCI燃烧的特点,燃烧模型简化为一组关于时间的质量和能量的守恒方程。为了精确描述天然气(含2%丁烷)的燃烧和NO_x的生成,采用了145个化学种和707个化学反应的化学反应模型,模拟的气缸假定压缩比(compression ratio)为17:1,转速1200转/分,分析了5个燃空比(fuel/air equivalence ratios φ):0.25、0.3、0.33、0.36、0.4,初始加压(boost pressure):0.5、1.0、1.5大气压的气缸压燃。模拟的结果给出了燃烧过程中气缸中压力和温度变化及尾气中很低的NO_x的排放(大部分小于100ppm)。 【作者单位】：北京大学力学与工程科学系湍流研究国家重点实验室 北京大学力学与工程科学系湍流研究国家重点实验室
【关键词】：HCI NO_x 天然气 甲烷
【分类号】：O643.21
【正文快照】： 0 弓g 早在IWg年,Olllslll就通过2 Pfltvvt,wllt.,.w了HCCI燃烧。早期砌昭轨由拐提蝇过实验来考察HCCI的性质,数值模拟的结果只是作为与实验的比较。近年来,越来越多eN计算来分析HCCI的燃烧。IWS年,Cha等人通过简单的燃烧模型来模拟了天燃气的HCC燃③l],温度和压强的演化及压

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