天然气发动机催化稀薄燃烧过程碳氢排放控制机理研究

This project proposes suppressing flame quenching at the surface of crevice volumes and at the combustion chamber wall through catalytic combustion to control hydrocarbon emissions in lean combustion process of natural gas engine. The project first analyzes the basic data of catalytic reaction kinetics of methane on high temperature combustion catalyst Ce-BaAl11O19, and the interactions between catalytic reaction and gaseous reaction under heat-flow-chemistry multi-fields in methane combustion process using In situ DRIFTS and fix-bed reactor experiments, density functional and phase equilibrium theories. Then, multi-dimension numerical model is developed, and numerical simulation and engine tests are carried out to study catalytic lean combustion characteristics and its effect on emissions of natural gas engine. Finally, the mechanisms of hydrocarbon emissions control in catalytic lean combustion process of natural gas engine are revealed .The results of the project can provide scientific basis and technical support for emissions cooperative control in lean combustion process of natural gas engine, and drive the development of in-cylinder catalytic combustion technology of engine.

针对天然气发动机稀薄燃烧过程碳氢排放控制的局限性，本项目提出利用催化燃烧技术抑制壁面激冷和狭缝效应，控制天然气发动机稀薄燃烧过程碳氢排放的新思路。综合运用原位漫反射傅立叶变换红外光谱、固定床实验以及密度泛函、相平衡理论，获取甲烷在高温燃烧催化剂Ce-BaAl11O19上的催化反应动力学基础数据，深入剖析甲烷燃烧过程中催化反应与气相反应在热-流-化多场影响下的相互作用规律；在此基础上，构建天然气发动机催化稀薄燃烧过程的多维数值模型，结合数值模拟与发动机台架实验，重点研究天然气发动机催化稀薄燃烧特性及其对排放规律的影响，阐明天然气发动机催化稀薄燃烧过程碳氢排放控制机理。研究成果不仅可为天然气发动机稀薄燃烧过程的排放污染物协同控制提供科学依据与技术支撑，还可推动发动机缸内催化燃烧技术的发展。

针对天然气发动机稀薄燃烧过程碳氢排放控制的局限性，本项目提出利用催化燃烧技术抑制壁面激冷和狭缝效应，控制天然气发动机稀薄燃烧过程碳氢排放的新思路。首先，项目利用发动机台架实验重点研究了天然气发动机催化稀薄燃烧特性及其对排放规律的影响，发现活塞表面涂覆催化剂对碳氢排放抑制有一定作用，并可在一定程度上提升热效率。然后，项目综合运用原位漫反射傅立叶变换红外光谱、固定床等实验以及密度泛函等实验及相平衡与机理缩减等理论，构建了天然气发动机催化稀薄燃烧过程的化学反应骨架机理与多维数值模型，对比实验数据发现该模型可准确预测发动机燃烧与排放特性。在此基础上，通过进一步的数值仿真研究深入剖析了甲烷燃烧过程中催化反应与气相反应在热-流-化多场影响下的相互作用规律，阐明了天然气发动机催化稀薄燃烧过程碳氢排放控制机理。此项目研究成果不仅可为天然气发动机稀薄燃烧过程的排放污染物协同控制提供科学依据与技术支撑，还可推动发动机缸内催化燃烧技术的发展。