摘要
当今能源供给遭遇严峻挑战、CO2排放和大气环境污染面临国际国内压力，寻求内燃机高效清洁燃烧方式具有重大现实意义。汽油压燃（GCI）燃烧方式，由于能够在实现超低NOX和soot排放的同时获得较高热效率而成为内燃机燃烧领域的研究热点。研究表明，该燃烧方式具有在宽广工况范围内获得高效清洁燃烧的巨大潜力以及广阔的商业化前景，但汽油自燃性较差，如何拓展低负荷工况极限成为亟待解决的问题。因此，本文综合运用台架试验和数值模拟技术手段，系统开展了汽油重整产物对GCI燃烧方式低负荷工况燃烧及排放特性的影响研究。 首先设计并搭建了汽油低温重整试验台，试验研究了重整条件（重整温度、重整氧浓度和重整时间）对汽油重整产物组分及占比的影响，并结合CHEMKIN软件对重整过程进行了化学动力学分析。结果表明，在重整温度低于600K、重整氧浓度为15%~21%、重整时间为3.23~5.65s条件下，增加重整温度、重整氧浓度和重整时间均能有效提高汽油的重整率。CO是重整产物中占比最高的可燃气体，其次为H2和CH4。相比于其他重整条件，重整温度对重整制CO、H2和CH4起主要作用，且重整制CH4对重整温度的依赖性最高。燃料分子与OH基的脱氢反应对重整制CO、H2起主要作用，而对重整制CH4起主要作用的则是iC8H18与O2的脱氢反应。 为了探索汽油重整产物中各主要组分对燃烧过程的影响机理，采用三维数值模拟（CONVERGE）与热力学分析（CHEMKIN）相结合的方法，模拟研究了采用内部EGR时，进气掺混H2/CO对GCI燃烧方式低负荷工况燃烧及排放特性的影响。结果表明，进气掺混H2/CO可显著提升GCI燃烧方式低负荷工况的燃烧稳定性（燃烧效率超过95%）。掺混少量H2/CO时，燃烧效率大幅降低，甚至出现失火。掺混H2/CO摩尔分数超过6%时，随掺混摩尔分数升高，燃烧效率呈先大幅升高后缓慢降低的趋势，且随内部EGR率增加，燃烧效率略有升高。相比于H2，进气中需掺混更高摩尔分数的CO才能达到燃烧效率峰值，但燃烧效率峰值仍低于掺混H2的情况。排放方面，掺混H2/CO后，soot排放始终维持在极低水平；掺混H2对HC排放的控制具有明显作用，较低的内部EGR率下，四种主要排放物均可控制在较低水平；掺混CO时，NOX排放与CO、HC及soot排放之间存在trade-off关系。
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