活化热氛围下甲醇低温氧化机理研究

作     者：易林 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林漫群;秦静

授予年度：2012年

学科分类：080702[工学-热能工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：缸内取样 着火控制 助燃物质 低温氧化过程 DNPH衍生化法 

摘      要：由于化石燃料过度使用带来的能源危机及环境问题,已日渐制约着人类的发展,探寻节能减排技术已成为刻不容缓的大事。可控压燃燃烧是一种能同时提高内燃机燃油经济性和排放性的高效清洁燃烧模式,但着火时刻和燃烧速率控制是其应用的关键和难点。由于气缸内热废气可有效地影响压缩过程中混合气的温度和活性物质浓度,可作为间接控制CAI燃烧的有效手段。因而,研究热废气状态下缸内混合气活性物质成分及其浓度变化历程对于探寻CAI燃烧控制策略十分必要。 本文在一台Ricardo单缸试验汽油机上,综合利用缸内取样、DNPH衍生化法及高效液相色谱等技术手段对甲醇和汽油低温氧化过程中的醛酮类物质浓度变化历程进行了试验研究。试验结果表明,甲醇及汽油燃烧热废气中含有多种醛酮类物质,其中,甲醛和乙醛含量较多,且因甲醛生成历程不同,甲醇中的甲醛含量高于汽油。在压缩过程中,甲醛浓度均呈现先降低后升高的趋势,表明其在压缩过程初期参与了缸内氧化反应而被消耗,随着缸内混合气温度和压力的升高,大量燃料参与氧化过程又重新生成了甲醛;相同工况下,甲醇燃料压缩过程中检测到的甲醛浓度高于汽油,在压缩过程前期可提供更多的活性物质,助燃作用更加明显,是其着火时刻较早的原因之一。 此外,利用化学反应动力学软件CHEMKIN对现有甲醇详细反应动力学机理进行研究和分析,计算结果表明,现有甲醇机理与实测低温阶段甲醛浓度变化历程存在差异。本文在前期缸内取样试验结果的基础上,对甲醇低温机理中的关键反应速率进行了修正,经验证修正机理低温阶段甲醛浓度历程及着火时刻与试验结果更为吻合。 本课题利用修正机理就关键物质浓度对甲醇低温氧化过程的影响进行了模拟研究。研究结果表明,甲醛初始浓度从0 ppm增加到2 ppm使着火始点提前了近3°CA,而从2 ppm增加到20 ppm时着火时刻提前不到1°CA,说明低浓度甲醛即可对甲醇低温氧化及后续着火产生明显的影响;甲醛在低温氧化过程中的助燃作用体现在:1mol甲醛消耗将带动4mol O消耗,并为缸内提供2mol HO、HO及CHO,这些物质参与燃料的低温氧化将继续生成成倍的活性物质,进而使反应链加速;HO的加入可增加CHOH链起始的反应速率,使CHOH开始消耗的时刻提前,造成缸内活性物的积累提早开始,可活跃缸内化学反应氛围,促进燃料低温氧化的进行。