氢气对缸内直喷甲醇发动机燃烧和排放的影响

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1、摘要氢气对缸内直喷甲醇发动机燃烧和排放的影响随着石油资源的日益枯竭和环境问题的日益严峻，世界各国都在根据本国的技术基础和资源状况探索着适合本国国情的汽车发展道路，中国的能源结构为发展甲醇燃料提供了发展契机。甲醇燃料可以作为中国从传统能源向新能源的一种过渡。针对甲醇发动机目前存在的冷启动困难和非常规排放物高的问题，利用混入氢气的方法，借助氢气优良的燃烧特性来改善甲醇发动机的燃烧与排放性能，为解决甲醇在应用中存在的问题提供了新的思路。本文通过数值模拟的方法，借助最新的甲醇氧化反应机理，并结合氮氧化物的有关反应机理，构建了新的化学反应机理。利用大型化学反应动力学分析软件Chem

2、kin中的premix子程序，在给定温度、压力等初始条件下，探索了氢气对甲醇氧化反应化学机理的影响，研究了氢气对甲醇预混层流火焰中主要中间产物和生成物的影响情况，并利用甲醇详细机理和发动机三维模型的耦合计算。利用AVL-FIRE软件分析甲醇发动机在不同掺氢比例的情况下，燃烧参数及排放参数的变化状况，并在此基础上，对比了在不同过量空气系数和点火时刻时，掺氢比例为5%与不掺氢对甲醇发动机在燃烧和排放性能上的影响，深入分析了过量空气系数和点火正时等相关参数对掺氢甲醇发动机的影响情况。分析得到以下结论：1.在甲醇预混层流火焰中，氢气的掺入能加快甲醇氧化反应的速率，且反应速率随着掺

3、氢比例的增加而加快；氢气的掺入增加了火焰中H、O及OH等自由基是导致整个化学反应随掺氢量增大而增大的原因。当掺氢比例小于5%时，中间产物H2在反应中起主要作用，当掺氢比例大于5%时，反应物H2起在反应中起主要作用；随着混氢比例的增加，CH2O的摩尔分数的峰值有所下降，说明H2的掺入能起到减少CH2O的作用，对环境具有积极的意义；在甲醇氢气预混层流火焰中，温度对NO的生成影响不大。随着掺入氢气比例的增加，NO的摩尔分数呈减小趋势。2.甲醇详细机理和发动机三维模型的耦合计算的结果表明：在相同的过量空气系数等初始条件下，随着掺氢比例的增加，缸内峰值压力呈不断增加的趋势，并且最高

4、峰值压力所对应的曲轴转角有所提前，最高温度不断增加，放热率峰值不断增加。对于排放，随着掺氢比例的增加，CO、甲醛和未燃甲醇的排放呈减小趋势，NO的排放逐渐增多。3.对比掺氢比例为5%与不掺氢对甲醇发动机在燃烧和排放性能上的影响后，发现在不同过量空气系数，掺氢比例为5%和不掺氢时，各燃烧与排放参数的变化依然遵循掺氢量对各参数的影响规律；且不论掺氢与否，随着过量空I气系数的增大，缸内最高温度和缸内最大压力均呈下降趋势；排放方面，随着过量空气系数的增大，CO、甲醛和未燃甲醇的排放呈增大趋势，NO的排放逐渐减小。4.对比掺氢比例为5%与不掺氢对甲醇发动机在燃烧和排放性能上的影响后

5、，发现在不同点火时刻，掺氢比例为5%和不掺氢时，各燃烧与排放参数的变化依然遵循掺氢量对各参数的影响规律；且不论掺氢与否，随着点火时刻的推迟，缸内最高温度和缸内最大压力均呈下降趋势；排放方面，随着点火时刻的推迟，CO、甲醛和未燃甲醇的排放呈增大趋势，NO的排放逐渐减小。关键词：甲醇发动机，氢气，燃烧，排放，模拟IIABSTRACTEffectofHydrogenonCombustionandEmissionofDirectInjectionMethanolEngineAstheoilresourcebeingconsumedquicklyandenvironmentalpr

6、oblemsbecomingserious,allcountriesintheworldshouldchooserightpathofautomotivedevelopmentbasedontheirowntechnicalinfrastructureandresources.China'senergystructureprovidesasuperexcellentopportunityforthedevelopmentofmethanolfuelwhichcanbeusedasatransitiononefromtraditionalenergytonewenergy.

7、However,methanolengineshavehighunregulatedemissionsanddifficultiesincoldstart.Therefore,hydrogen,whichisequippedwithexcellentcombustioncharacteristic,canprovideanewideatoimprovecombustionandemissionsperformanceofmethanolengine.Meanwhiletheproblemsthatexistintheappli