混合气浓度分层燃烧pcci燃烧数值模拟研究

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1、成都，2007年8月中国内燃机学会燃烧净化节能分会2007年学术年会论文集混合气浓度分层燃烧（PCCI燃烧）数值模拟研究郑朝蕾尧命发天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室摘要：应用多维流体力学（CFD）模型与简化动力学模型耦合，采用气道喷射和缸内直喷来实现缸内混合气浓度分层，并通过改变缸内直喷比例和喷油时刻来改变分层，研究混和气混合气浓度分层对燃烧过程及排放影响。结果表明，由于有一定比例的燃油缸内直喷，均匀分布于侧隙（未燃碳氢主要生成区域）内的燃料减少，所以本文中研究的几种直油比例和喷油时刻下的PCCI燃烧，未燃碳氢排放都比均质压燃的未燃碳氢排放低；增大直喷比例和延迟喷油

2、时刻都使分层程度增大。增大直喷比例时高温反应着火时刻提前，压力升高率降低，CO排放增加。由于随着直喷比例的增加，延迟喷油时刻所形成的混合气浓度分层程度梯度增大，喷油时刻对燃烧过程和排放的影响随直喷比例的增加而增大。随着分层程度的增大NOx排放急剧增加，本研究中分层程度最大的PCCI燃烧（直喷比例为25％，喷油时刻为-33°ATDC）的NOx排放已达到HCCI的100多倍。关键词：多维模型；正庚烷；PCCI；排放均质压燃（HomogeneousChargeCompression现高效清洁混合气分层燃烧方式提供理论指导。Ignition,HCCI）结合了传统压燃式和点燃式

3、发动机的优点，可以实现高效、清洁燃烧，引起了国际内1计算模型燃机界的高度重视[1-6]。然而，发动机采用HCCI燃烧模式还存在一些未能克服的困难，如着火控制困本文将作者发展的正庚烷均质压燃燃烧反应简难、失火、敲缸、燃烧效率低、高未燃HC和CO排放、化化学动力学机理与缸内多维流体力学模型相耦运行工况范围窄等。合，正庚烷简化机理是在作者以前发展的适合均质Pischinger等人通过一系列理论和试验研究表压燃的简化机理[4]的基础上进行修正，使其适应更明[7]，内燃机燃烧过程中主要有害排放产物生成都广的浓度范围。新的简化机理包括包含39种物质和需要满足特定的边界条件，即特定

4、的混合气浓度和47个基元反应。针对内燃机工作过程高压缩性、强燃烧温度范围。因而，从理论上讲，合理组织混合瞬变的特征，本文采用RNG湍流模型。研究采用PISO气浓度分层、避开有害排放产物生成区域，实现预算法，由于PISO算法采用两个压力校正，校正精度混合气分层燃烧可以实现内燃机高效清洁燃烧。混高，能够精确处理由网格不正交产生的附加压力梯合气分层燃烧（PremixedchargeCompressionIgnition,度项，对严重扭曲的网格处理能力强，且适用于非PCCI）与HCCI燃烧的本质区别在于整个气缸内可以稳态计算。采用STAR/KINetics模块，可以考虑多维存

5、在变化的局部当量比，范围从燃烧室凹坑内的近流场中湍流和化学反应动力学之间的相互作用，即似理论当量比到气缸其他部分的非常稀的情况[8]。燃烧室CFD模型耦合正庚烷简化动力学模型，在每个真正的HCCI燃烧是指缸内混合气具有完全一致的当网格内进行化学反应动力学求解，在网格之间进行量比。人们试图通过混合气分层燃烧来克服HCCI所流动、传质和传热的求解。带来的问题，通过混合气分层来控制HCCI燃烧着火在多维模型的每个网格内的燃烧过程受化学动时刻和燃烧反应速度，延长着火持续期，使其向大力学控制，但在网格之间存在物质和能量的输运。负荷和小负荷工况扩展，并提高发动机燃烧效率，多维模型

6、计算从进气门关(IVC)开始，到排气门开降低排放。(EVO)结束。将时间参数转化为发动机曲轴转角参本文以正庚烷(NC7H16)为燃料，采用气道喷数。计算中发动机转速均为1400r/min。计算网格划射和缸内直喷来实现缸内混合气浓度分层，并通过分如图1所示。多维模型计算的时间步长设为0.1°改变缸内直喷比例和喷油时刻来改变分层，研究混CA。和气混合气浓度分层对燃烧过程及排放影响，为实作者简介：郑朝蕾（1980－），女，博士研究生，研究方向内燃机燃烧理论。E-mail:zhengzhaolei2002@yahoo.com.cn成都，2007年8月郑朝蕾等：混合气浓度分层燃

7、烧（PCCI燃烧）数值模拟研究n=1400r/minMeasured8φ=3.5CalculatedDIratio=11.5%SOI=-13deg.ATDC64In-cylinderPressure/MPa20-80-60-40-20020406080图1燃烧室剖面网格划分图(TDC)oCrankAngle/CA2计算与实验对比图2实验结果与计算结果对比试验采用在多缸柴油机上模拟进行单缸柴油机图2是计算压力曲线与实验压力曲线的比较。图燃烧和研究的方案，将四缸、水冷、四冲程柴油机中表明计算结果是实验结果吻合较好。改造成试验用单缸柴油机。第一缸作为试验气