煤直接液化柴油燃燒反應機理研究

《煤直接液化柴油燃燒反應機理研究》是依託上海交通大學，由喬信起擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：煤直接液化柴油燃燒反應機理研究
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：喬信起
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

煤直接液化柴油DCLD最近在我國率先成熟、大批量生產。針對其迥異於石化柴油的烴族組成、理化和燃燒特性，本項目系統研究其替代物燃燒反應機理。據可行性、簡易性、相似性、實用性，選擇環烷烴及其與其它烴類（如鏈烷烴）的混合物作替代物。提出單組分燃料詳細機理構建策略，燃燒機理由核心機理和階梯式擴展機理構成。揭示反應速率受溫度的影響機制。考慮燃料間重複反應、剩餘反應、純燃料燃燒典型特徵再現等，提出並實施多組分燃料詳細機理構建策略。針對傳統計算奇異攝動CSP方法僅能局部分析的缺陷，提出積分CSP高保真度機理簡化原理和算法。用激波管等試驗驗證詳細機理。用多步直接關係圖法得框架機理，用積分CSP得全局簡化機理。構建發動機燃燒模擬計算平台，添加燃料特性預測模型，改進燃料蒸發模型，添加湍流與化學反應相互作用模型，用簡化機理3D數值模擬DCLD發動機缸內過程。在電控柴油機上研究DCLD著火、燃燒與排放，及噴油器結構參數、噴射控制參數、運轉工況的影響規律。在缸內強烈瞬變複雜環境下，檢驗全局簡化機理的有效性。本研究為柴油機可控清潔高效低溫燃燒技術的發展提供依據。

結題摘要

煤直接液化柴油DDCL是我國率先成熟並大批量生產的一種柴油替代燃料。本研究據DDCL的烴類組成結合當前各烴類氧化研究基礎確定了煤直接液化柴油單組分替代物為十氫萘，兩組分替代物為十氫萘和正十二烷，兩者的摩爾比以實際燃油的十六烷值、低熱值、C/H比、密度為目標最終確定為0.797:0.203。 據烴類氧化的典型路徑編寫了詳細機理構建程式，在環己烷核心機理的基礎上分別構建了十氫萘和正十二烷的詳細機理，合併後的詳細機理有434種組分和1876步反應，該機理總體上能準確預測燃料在激波管中的著火延時以及射流攪拌反應器中大部分組分的濃度。 利用直接關係圖法考慮儘可能廣的工況範圍對詳細機理進行了初步簡化，按閾值0.15刪除了97種組分得到框架機理。在計算奇異擾動算法的基礎上加入物質濃度、物質淨生成速率和放熱率作為權重因子提出了積分CSP算法，用該算法進一步簡化了框架機理，得到了324種組分和318步反應的全局簡化機理。 建立了電控共軌四缸增壓柴油機試驗台，測試了DDCL在發動機中的著火、燃燒、排放等性能。研究表明：隨著主噴時刻推遲，滯燃期先縮短後延長，最大壓升率降低；NOX排放明顯降低，碳煙和CO排放先上升後下降，當量燃料消耗率升高。預噴策略可降低DDCL最大壓升率，但隨預噴時刻提前，最大壓升率升高；預噴策略可顯著降低NOX排放，且存在特定的預噴時刻，提前或推遲預噴NOX排放都會降低；預噴策略增加了碳煙排放，且碳煙排放隨預噴時刻的提前而降低。噴射壓力升高，最大壓升率上升；NOX排放升高，碳煙、CO和當量燃料消耗率降低。 採用簡化機理模擬了各工況下DDCL的發動機試驗，結果表明：針對不同主噴時刻、預噴時刻、噴射壓力、EGR率模擬的缸內壓力與放熱率曲線均與試驗結果吻合較好；NOX預測值與實驗值較為接近，預測的碳煙生成變化趨勢與試驗一致，預測的CO趨勢與試驗相符；總體而言，該簡化機理在模擬DDCL的燃燒與排放方面是可靠的。