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汽油替代燃料化学反应机理研究现状
来源:汽车维修  作者:佚名  2016-03-29 08:08:45


    三、TRF化学反应机理研究现状
    国际上主流的甲苯参比燃料化学反应机理动力学机理如表3所示。

      1.详细机理
    Chaos等人将LLNL基础燃料详细机理进行了简化,构成基础燃料机理部分,以Klotz等人的机理为基础,对甲苯机理进行修正与优化,构建TRF机理,共包含469种组分和1221个反应。
    Sakai等人针对甲苯低温区反应机理研究的欠缺,提出了一个详细的TRF化学反应动力学机理,包括烷烃、烯烃与甲苯之间的作用。研究发现,稀烃与甲苯之间的作用对支链烷烃和甲苯混合物的滞燃期有着重要的影响。
    美国劳伦斯国家实验室的Mehl等人提出了一个在发动机工况下,适用于汽油表征燃料的普适机理。该机理包含1550种组分和6000个反应,在宽广的温度、压力和当量比范围内与实验结果很好的吻合。这是迄今为止最详细的描述汽油表征燃料化学反应动力学的机理。
      2.骨架机理
      法国的Machrafi等人,构建了一个由异辛烷,正庚烷,甲苯3种物质组成的,含有49种组分和83个基元反应的机理,用来对均质混合压燃条件下排放和自燃特性进行研究。值得指出的是,由于该机理具有较少的组分与反应,需要得到更多实验方面的验证。
      3.简化机理
      Andrae等人将正庚烷和异辛烷骨架机理加入甲苯详细机理中,来构成了包含137种组分和633个反应的甲苯掺比燃料机理。研究认为,过氧化苯的生成与消失反应对甲苯激波管实验的模拟是非常重要的。通过对高温化学反应的修正,模型对于苯与甲苯层流燃烧速率的预测也有了很大提高。
      Chaos等人提出了一个适用于汽油表征燃料的TRF机理。通过一些模拟和实验,结果显示,甲苯分子与烷烃的直接作用较小,其主要是通过基团和裂解后的小分子之间的作用来体现。
    Gauthier等人对正庚烷、汽油RD87和TRF在高压(15~60atm)中高温(850~1280K)不同当量比和EGR率设置的激波管着火延迟时间进行了实验测量,实验结果显示了正庚烷具有的明显的NTC现象,优化组分的混合比例对替代混合物具有重要的影响。
      Machrafi等人使用了体积分数为正庚烷11%、异辛烷59%、甲苯30%的TRF和PRF95两种汽油替代混合物,研究了汽油燃料及替代混合物在HCCI发动机上的着火特点。卖验结果显示,都观察到燃料典型的冷焰和主要放热阶段,有别于基础燃料的两阶段着火,汽油燃料和甲苯掺比燃烧在两个阶段之间还有微弱的热量释放,显示了三阶段着火特性。
    Knop在Pera的基础上进一步通过可控自燃着火(CAI)发动机实验,对汽油和甲苯掺比燃料在全工况范围进行综合的着火特性对比。实验结果表明,汽油和甲苯掺比燃烧(13.7%正庚烷、42.8%异辛烷、43.5%甲苯)都有很好的吻合。
      四、多组分化学反应机理研究现状
      目前,国内外学者研究多组分燃料化学反应机理时,多数学者是将各组分的详细机理“叠加”起来,然后采用内燃机台架试验、激波管等方法,来验证新机理的有效性。另有少数学者利用着火延迟曲线的敏感性分析对基元反应的化学反应速率常数进行修正。
      清华大学的帅石金等人,将汽油替代物质、甲醇、碳氧化物3者的详细机理“叠加”起来,而且还加入了与CH等重要组分相关的基元反应,构造了一个适用于较宽温度范围的甲醇汽油机理,该机理包含113种组分、699个反应。
      Andrae等人提出了一个5组分汽油燃料替代物详细的化学动力学机理模型,包括正庚烷、异辛烷、甲苯、二异丁烯和乙醇,共包含1121种组分和4961个反应。通过激波管大范围压力温度工况条件下模型对着火滞燃期预测表明,模型对工况的变化是非常敏感的。
    Viljoen等人构造了包括异辛烷、正庚烷、甲苯、乙醇、己烯、正丁烷等代表性组分的汽油代替混合物,并利用不同方法模拟了汽油燃料自燃着火特性。
    Naik等人针对HCCI发动机也提出了1个机理,共包括1328种组分和 5835个反应,包含正庚烷、异辛烷、甲基环戊烷、甲苯、戊烯5组分的汽油燃料替代混合物。经过一系列的实验,表明在实验范围内模型并没有表现出任何对于单组份物质的依赖。
 

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