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二甲醚清洁燃料均质压燃燃烧数值模拟研究I摘要均质充量压缩着火（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NOx和碳烟排放。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LawrenceLivermore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和燃料添加剂等因素对HCCI着火和燃烧的影响。结果表明，DME的HCCI燃烧过程有明显的低温反应放热和高温反应放热两阶段；增大压缩比、燃空当量比、提高进气充量温度、添加H2O2、H2、CO使着火提前；提高发动机转速、采用冷却EGR、添加CH4、CH3OH使着火滞后。关键词：均质充量压缩着火，化学动力学，数值模拟，二甲醚，EGR小二号黑体摘要正文小四号宋体，首行缩进二个字，设置段前为12磅，段后为12磅，字数≥150字，1.25倍行距。五号黑体小四号宋体，逗号分开，最后一个关键字后面无标点符号。页面设置：左，右，下边距为2.5厘米，上边距为2.8厘米，页眉和页脚均为2厘米黑体小五号二甲醚清洁燃料均质压燃燃烧数值模拟研究IIABSTRACTHCCI(HomogenousChargeCompressionIgnition)combustionhasadvantagesintermsofefficiencyandreducedemission.HCCIcombustioncannotonlyensureboththehigheconomicanddynamicqualityoftheengine,butalsoefficientlyreducetheNOxandsmokeemission.Moreover,oneoftheremarkablecharacteristicsofHCCIcombustionisthattheignitionandcombustionprocessarecontrolledbythechemicalkinetics,sotheHCCIignitiontimecanvarysignificantlywiththechangesofengineconfigurationparametersandoperatingconditions.InthisworknumericalschemefortheignitionandcombustionprocessofDMEhomogeneouschargecompressionignitionisstudied.ThedetailedreactionmechanismofDMEproposedbyAmericanLawrenceLivermoreNationalLaboratory(LLNL)andtheHCTchemicalkineticscodedevelopedbyLLNLareusedtoinvestigatetheignitionandcombustionprocessesofanHCCIenginefueledwithDME.ThenewkineticmechanismforDMEconsistsof79speciesand399reactions.Toconsidertheeffectofwallheattransfer,awallheattransfermodelisaddedintotheHCTcode.Bythismethod,theeffectsofthecompressionratio,thefuel-airequivalenceratio,theintakechargeheating,theenginespeed,EGRandfueladditiveontheHCCIignitionandcombustionarestudied.TheresultsshowthattheHCCIcombustionfueledwithDMEconsistsofalowtemperaturereactionheatreleaseperiodandahightemperaturereactionheatreleaseperiod.Itisalsofoundedthatincreasingthecompressionration,theequivalenceratio,theintakechargetemperatureandthecontentofH2O2,H2orCOcauseadvancedignitiontiming.Increasingtheenginespeed,adoptionofcoldEGRandthecontentofCH4orCH3OHwilldelaytheignitiontiming.Keywords:HCCI,chemicalkinetics,numericalsimulation,DME,EGR小二号TimesNewRoman居中加黑小四号TimesNewRoman,首行缩进二个字，1.25倍行距,设置段前为12磅，段后为12磅，英文≥500印刷字符五号TimesNewRoman加黑小四号TimesNewRoman，各关键词之间逗号分开，逗号后加一空格。二甲醚清洁燃料均质压燃燃烧数值模拟研究III目录1绪论-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------11.1HCCI的数值模拟研究现状--------------------------------------------------------------1--------------------------------------------------------------1.4本章小结------------------------------------------------------------------------------12DME均质充量压燃着火的数值模拟方法-----------------------------------22.1二级标题----------------------------------------------------------------------------------2-------------------------------------------------------------------3结论-----------------------------------------------------------------------------4参考文献-------------------------------------------------------------------------------------------5致谢---------------------------------------------------------------------------------------------6目录设置段前为0磅，段后为12磅，小二号黑体居中目录要求列出一、二级标题，一级标题用黑体四号，二级标题用黑体小4号。二甲醚清洁燃料均质压燃燃烧数值模拟研究11绪论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,尾气排出的有害气体还严重地污染了人们赖以生存的大气环境,实现能源与环境长期可持续发展是摆在汽车和内燃机工作者面前的重大课题。环保和能源是发动机工业需要解决的两个主要问题。目前，随着人们对环境污染重视程度的日益提高，各国越来越重视环境保护，现在已制定了将NOx和PM视为大气污染源的强化法规，如美国加州在1998年生效的一项超低排放汽车法规规定汽车的NOx+HC排放2.5g/bph-hr,PM排放0.05g/bph-hr。为满足严格的排放要求，研究人员在各个相关领域进行了大量的研究工作，改进发动机的燃烧系统作为一个重要解决途径，也取得了一定进展[1]。传统汽油机均质混合气,尾气排放污染物主要包括氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、一氧化碳(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NOx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,NOx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。1.1HCCI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别，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，相对于传统发动机数值模拟研究主要侧重于湍流混合与燃烧模型而言，HCCI发动机燃烧模拟的焦点主要集中在燃料的反应机理和化学动力学模型上。1.1.1HCCI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别予以介绍：(1）单区模型…………………………………………………………………(2)双区和多区模型…………………………………………………………………(3)多维模型…………………………………………………………………一级标题小二号黑体居中，段前0磅，段后12磅。每一章另起页章节采用三级标题，用阿拉伯数字连续编号，例如1，1.1，1.1.1。二级标题宋体四号，左对齐，段前距12磅，段后距0磅正文:中文为小四号宋体，英文为TimesNewRoman，首行缩进二个字，1.25倍行距。参考文献标注用中括号，以上标的形式标注。三级标题黑体小四号书写左对齐，段前距12磅，段后距0磅对总项包括的分项采用（1）、(2)、（3）…的序号。二甲醚清洁燃料均质压燃燃烧数值模拟研究22DME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2.1.1三级标题正文内容（2-1）（2-2）表2-1选取组分的热力学性质组分Hf(kcal/mol)Sf(kcal/mol)Cp(kcal/mol)A1A2A3100100100正文:中文小四号宋体，英文用小四号TimesNewRoman，首行缩进二个字，1.25倍行距。较长的公式，如必须转行时，最好在等号处转行,如做不到这一点,要在+，-，×，÷等数学符号处转行。数学符号应写在转行处的行首。上下式尽可能在等号“＝”处对齐。表名位于表的正上方，用宋体小五号粗体Kkkmm1公式应另起一行，正文中的公式、算式或方程式等应编排序号，公式按章节顺序编号。公式序号必须连续，不得重复或跳缺。重复引用的公式不得另编新序号。KfyxxnKfyxxfyyxxfyxfn)0,0()(!1)0,0()(!21)0,0()(1!1)00(),(2，二甲醚清洁燃料均质压燃燃烧数值模拟研究3续表2-1组分Hf(kcal/mol)Sf(kcal/mol)Cp(kcal/mol)A4A5A6A7A8100100100图2-1气缸压力随曲轴转角变化的曲线表题