基于大涡模拟-化学反应动力学的汽油机超级爆震机理的研究

With the development of engines are prone to be downsized and to higher power output, there is a new abnormal combustion phenomenon in turbocharged direct injection gasoline engine, known as super knock, which has a severe influence on the engine performance and life. So, the study of super knock mechanism for the engine is the core scientific issue for developing the turbocharged direct injection gasoline engine, and its findings can provide adequate theoretical guidance to the development of the engine. Firstly, in this project, in order to solve the contradiction between maintaining the ability and reducing the size of the mechanism, a new, practical, simplified alternative chemical reaction kinetic model will be developed to represent gasoline fuel, and the developed model will be validated against shock tube, flow reactor, jet-stirred reaction, laminar flame speed etc. Secondly, in this project, the occurrence timing, location, intensity and intermediate products of super knocking combustion will be studied by using LES (large eddy simulation) coupled with chemical reaction kinetics, which include the thermodynamic properties, fluid properties and chemical kinetics properties. Finally, in this project, the effects of the spark timing, EGR (exhaust gas recirculation) technique, mixture concentration and combustion chamber shape for suppressing super knock will be studied, and get the optimal suppression solution. In the word, the study will explore the super knock mechanism of gasoline engine, and further reveal the super knock unknown mechanism will be the largest academic contribution.

随着发动机轻量化和动力性的提高，增压直喷式汽油机会出现一种新的异常燃烧现象，即：超级爆震，严重影响发动机的性能和寿命。因此，开展超级爆震机理的研究是开发增压直喷式汽油机的核心科学问题，研究结果可以为发动机技术的进步和成熟提供理论性指导。首先，本项目将根据汽油表征燃料化学反应动力学的研究现状，建立一种新的、实用的、简化的能够表征汽油燃料的化学反应动力学模型，并将构建的模型进行验证；其次，从缸内混合气体的热力学、流体力学以及化学反应动力学等特性出发，通过运用LES耦合化学反应动力学的方法，探索超级爆震的发生时间、地点、强度以及中间产物的生成与反应情况；最后，充分考虑发动机的动力性、经济性等因素，探索点火相位、EGR技术、混合气浓度以及燃烧室形状等参数对发动机超级爆震的影响，并给出最佳的抑制方案。总之，探索汽油机超级爆震机理的研究，进一步揭示超级爆震的未知机理将是本项目的最大学术贡献。

本项目主要是通过运用大涡模拟耦合化学反应动力学的方法开展了缸内直喷汽油机超级爆震机理的研究。开展汽油机超级爆震机理的研究是开发缸内直喷汽油机的核心科学问题，研究结果可以为汽油机缸内直喷技术的进步和成熟提供原理性指导。项目开展以来所取得的研究工作及取得的研究成果主要包括：(1) 开展了异辛烷简化化学反应动力学的研究工作。通过研究，提出了异辛烷简化化学反应机理；(2) 开展了正庚烷简化化学反应动力学的研究工作。通过研究，提出了正庚烷简化化学反应机理；(3) 开展了汽油表征燃料PRF简化化学反应动力学的研究工作。通过研究，提出了汽油表征燃料PRF的简化化学反应机理；(4) 开展了汽油机超级爆震机理的研究工作。通过研究，揭示了汽油机超级爆震的发生时间、地点、强度以及关键中间组分的生成与反应等情况；(5) 开展了汽油机超级爆震抑制措施的研究。通过研究，探讨了发动机的点火时间、EGR技术对汽油机超级爆震强度的影响。项目执行3年以来，目前已发表学术期刊论文10篇，其中SCI期刊检索论文共计7篇 (国际Top期刊论文共计6篇)；发表国际专著1部；培养硕士研究生3名。