甲醇对柴油机碳烟生成的抑制机理研究

本项目基于柴油机掺烧甲醇燃料能够抑制碳烟生成的事实，进行深入的理论与实验研究，主要内容有：1.试验观测两种流动条件下燃烧室内部燃料燃烧形态并比较碳烟生成量，分析甲醇燃料特性在层流和湍流燃烧两种状态下对碳烟生成的抑制机理，揭示两者的差异，将抑制机理进一步深化；2.根据试验分析的结论，建立并验证燃烧室内部的燃烧和碳烟生成模型，着火模型根据甲醇氧化基元反应机理得出甲醇在碳氢类燃料着火过程中起重要作用的反应，以期直接由模拟的方法揭示甲醇对双燃料发动机着火过程的影响；碳烟生成模型分别在层流和湍流燃烧状态下，通过化学反应动力学和湍流混合进行模拟，以便模型直接用于目前的多维燃烧模型；3.利用建立的模型分析影响碳烟生成的因素，并对影响因素进行优化研究。.本项目的研究可对双燃料发动机的碳烟生成作出理论指导，研究成果可促进双燃料着火理论及碳烟排放模型的发展，为燃烧技术的进一步发展奠定基础。

本项目主要研究柴油甲醇双燃料发动机燃烧过程中发生的化学动力学和湍流混合两种机理对降低碳烟排放的作用，及甲醇燃料对抑制碳烟生成作用的影响。通过对气缸内部燃烧形态和碳烟生成附近微观结构的观测及理论数值分析，揭示甲醇燃料特性抑制双燃料燃烧和碳烟排放的作用机理，并研究燃料的物理化学特性对碳烟生成抑制与其它的抑制影响因素（如分子扩散和湍流）的相互关系，提出新的可用于多维双燃料燃烧计算的碳烟排放模型。项目通过详细化学反应动力学模型分析了柴油甲醇双燃料均质压燃燃烧反应的化学机理，得到加入甲醇后柴油的低温反应受到抑制，而大量的OH可以促进柴油的高温反应。为了解甲醇抑制碳烟生成的作用，还进一步探讨了柴油引燃甲醇的双燃料燃烧着火滞燃期机理。通过研究甲醇对气态前驱物和PAH产生的影响进一步考察对生成碳烟的作用。碳烟的生成与引燃柴油的关系十分密切，在所建立的柴油引燃甲醇双燃料发动机现象学碳烟生成模型基础上探讨了引燃柴油对碳烟排放的影响程度。建立在甲醇的燃料特性对柴油甲醇双燃料燃烧过程的影响基础上，在柴油机上应用双燃料燃烧方式考察了燃烧室内混合气的运动特性对碳烟产生的影响。基于湍流混合对双燃料燃烧过程碳烟生成的影响作用，对碳烟生成模型进行了修正。最后利用混合燃料喷雾探讨了碳烟排放的减少机理。