基于燃料多组分蒸发和反应动力学模型的正丁醇/柴油反应活性控制压燃（RCCI）发动机研究

反应活性控制压燃（RCCI）发动机通过不同反应活性燃料在缸内的分层压燃，可大幅提高热效率并保持较低的有害物排放。根据正丁醇和柴油蒸发、燃烧的特点，本项目将开展正丁醇/柴油RCCI发动机研究，重点构造适用于正丁醇/柴油混合燃料的离散/连续多组分蒸发模型和骨架化学反应动力学机理。通过蒸发模型中烃族信息与反应动力学模型中对应组分信息的交流，提出全新的多组分蒸发和反应动力学耦合模型，该模型可以实现高精度模拟的同时大幅降低计算量。根据定容燃烧弹内喷雾和燃烧的实验数据，验证并改进模型，进而揭示正丁醇对柴油蒸发和燃烧的影响机理。在此基础上，开展正丁醇/柴油RCCI发动机的数值模拟研究，探讨正丁醇和柴油的混合方式和混合比例对提高发动机的燃油经济性和降低排放的潜力，阐明燃料反应活性的空间分布对着火和燃烧的作用机理，为RCCI发动机的研究提供理论指导。

本研究针对反应活性控制压燃（RCCI）发动机缸内燃油蒸发、燃烧的特点，重点构造适用于醇/柴油混合燃料的离散/连续多组分蒸发模型和骨架化学反应动力学机理，并开展醇/柴油RCCI发动机的数值模拟研究，研究要点概括如下：.（1）燃料化学反应机理研究。提出解耦法，构建主要参考燃料（PRF）、正辛烷至正十六烷、柴油表征燃料和丁醇同分异构体的骨架氧化机理，机理使用极其简化的C2-Cn子机理模拟燃料的着火特性，而使用H2/CO/C1详细机理预测小分子组分浓度、层流火焰速度和熄火极限。通过相关实验数据验证机理，覆盖较宽的温度、压力和当量比范围，包括激波管和速压机中的滞燃期、搅拌反应器和流动反应器中组分浓度、层流火焰和对冲流火焰中的组分浓度、层流火焰速度和和熄火极限等。计算结果显示机理的预测结果与实验数据吻合得很好。构建的燃料骨架机理可直接与多维计算流体力学模型相耦合用于模拟发动机的燃烧过程。.（2）喷雾碰壁与多组分燃油蒸发模型研究。根据最新的实验数据建立碰壁机理间的转化判据、二次液滴的粒径分布和速度分布，建立了柴油早喷环境下燃油碰壁模型。通过与定容弹的实验结果对比，发现新模型的计算结果比之前的模型更好地预测高喷射压力高背压下的燃油碰壁特性。在此基础上，研究了环境密度和温度、喷孔直径和喷射压力、碰壁距离和燃油喷射量对附壁油膜量的影响。结果表明，增加环境温度对减小油膜量最为重要。此外，针对实用燃料的蒸发特点，通过改进多组分实用燃料的描述方法和蒸发模型，建立多组分混合蒸发模型。在此基础上，讨论实用燃料液滴在不同环境条件下的蒸发历程。结果显示混合蒸发模型在保证一定计算精度的同时，又能提高计算效率。.（3）甲醇/柴油反应活性控制压燃（RCCI）发动机燃烧特性研究。将耦合详细的化学反应机理的多维模型与非支配遗传算法（NSGA-II）耦合，对甲醇/柴油RCCI发动机开展燃烧和排放的优化。在优化结果的基础上，对甲醇比例、废气再循环（EGR）率、喷油时刻、进气门关闭时刻缸内的初始压力和温度进行分析讨论。结果显示，配有高甲醇比例和提早喷油的RCCI燃烧表现出更好的燃油经济性，产生更低的排放。此外，通过与实验测量的300个循环的缸压对比，发现通过在模拟中监测RCCI发动机50%着火点对缸内初始温度的敏感性，可以很好地重现CA50的标准偏差。使用该方法，探讨策略对燃烧稳定性的影响。