汽油多组分表征燃料简化动力学模型的系统化构建及验证

肖干 张煜盛 姜光军

引用本文: 肖干, 张煜盛, 姜光军. 汽油多组分表征燃料简化动力学模型的系统化构建及验证[J]. 物理化学学报, 2016, 32(4): 879-892. doi: 10.3866/PKU.WHXB201601261 shu
Citation:  XIAO Gan, ZHANG Yu-Sheng, JIANG Guang-Jun. Systematic Construction and Validation of the Reduced Chemical Kinetic Model of Gasoline Multi-Component Surrogate Fuel[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2016, 32(4): 879-892. doi: 10.3866/PKU.WHXB201601261 shu

汽油多组分表征燃料简化动力学模型的系统化构建及验证

    通讯作者: 张煜盛
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51176057)资助项目 (51176057)

摘要: 提出了一套系统化多级机理简化策略,包含基于误差传播的直接关系图法、峰值浓度分析法、线性同分异构体集总法、主组分分析法、温度敏感性分析和产率分析法,并将其应用于汽油四组分表征燃料详细反应机理的简化,构建了适用于HCCI发动机燃烧边界下的简化机理模型,包含149 个物种、414 个反应。通过与激波管、快速压缩机、增压HCCI发动机实验数据的对比验证表明,新机理可以准确地预测较宽范围条件下的着火滞燃期,在HCCI 发动机的单区模型计算中,该机理对缸内燃烧和排放的预测结果是令人满意的。放热率分析表明,R + O2反应是控制中间温度区放热的关键基元反应,在高压低温下,异辛烷的放热起到决定性作用。添加2-戊烯之后,使得四组分模型相较于三组分模型更为准确,尤其是对于第一阶段着火滞燃期有显著影响,为进一步探索调和燃料组分比例控制HCCI燃烧提供了一条新思路。

English

    1. [1]

      (1) Kalghatgi, G. T. Proc. Combust. Inst. 2015, 35, 101. doi: 10.1016/j.proci.2014.10.002(1) Kalghatgi, G. T. Proc. Combust. Inst. 2015, 35, 101. doi: 10.1016/j.proci.2014.10.002

    2. [2]

      (2) Reitz, R. D. Combust. Flame 2013, 160, 1. doi: org/10.1016/j.combustflame.2012.11.002(2) Reitz, R. D. Combust. Flame 2013, 160, 1. doi: org/10.1016/j.combustflame.2012.11.002

    3. [3]

      (3) Battin-Leclerc, F.; Blurock, E.; Bounaceur, R.; Fournet, R.; Glaude, P.; Herbinet, O.; Sirjean, B.;Warth, V. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 4762. doi: 10.1039/C0CS00207K(3) Battin-Leclerc, F.; Blurock, E.; Bounaceur, R.; Fournet, R.; Glaude, P.; Herbinet, O.; Sirjean, B.;Warth, V. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 4762. doi: 10.1039/C0CS00207K

    4. [4]

      (4) Dryer, F. L. Proc. Combust. Inst. 2015, 35, 117. doi: org/10.1016/j.proci.2014.09.008(4) Dryer, F. L. Proc. Combust. Inst. 2015, 35, 117. doi: org/10.1016/j.proci.2014.09.008

    5. [5]

      (5) Pitz, W. J.; Cernansky, N. P.; Dryer, F. L.; Egolfopoulos, F. N.; Farrell, J. T.; Friend, D. G.; Pitsch, H. SAE Tech. Pap. Ser. 2007, 2007-01-0175. doi: 10.4271/2007-01-0175(5) Pitz, W. J.; Cernansky, N. P.; Dryer, F. L.; Egolfopoulos, F. N.; Farrell, J. T.; Friend, D. G.; Pitsch, H. SAE Tech. Pap. Ser. 2007, 2007-01-0175. doi: 10.4271/2007-01-0175

    6. [6]

      (6) Pera, C.; Knop, V. Fuel 2012, 96, 59. doi: 10.1016/j.fuel.2012.01.008(6) Pera, C.; Knop, V. Fuel 2012, 96, 59. doi: 10.1016/j.fuel.2012.01.008

    7. [7]

      (7) Badra, J. A.; Bokhumseen, N.; Mulla, N.; Sarathy, S. M.; Farooq, A.; Kalghatgi, G. T.; Gaillard, P. Fuel 2015, 160, 458. doi: org/10.1016/j.fuel.2015.08.007(7) Badra, J. A.; Bokhumseen, N.; Mulla, N.; Sarathy, S. M.; Farooq, A.; Kalghatgi, G. T.; Gaillard, P. Fuel 2015, 160, 458. doi: org/10.1016/j.fuel.2015.08.007

    8. [8]

      (8) Gauthier, B. M.; Davidson, D. F.; Hanson, R. K. Combust. Flame 2004, 139, 300. doi: 10.1016/j.combustflame.2004.08.015(8) Gauthier, B. M.; Davidson, D. F.; Hanson, R. K. Combust. Flame 2004, 139, 300. doi: 10.1016/j.combustflame.2004.08.015

    9. [9]

      (9) Kukkadapu, G.; Kumar, K.; Sung, C. J.; Mehl, M.; Pitz, W. J. Combust. Flame 2012, 159, 3066. doi: org/10.1016/j.combustflame.2012.05.008(9) Kukkadapu, G.; Kumar, K.; Sung, C. J.; Mehl, M.; Pitz, W. J. Combust. Flame 2012, 159, 3066. doi: org/10.1016/j.combustflame.2012.05.008

    10. [10]

      (10) Dec, J. E.; Yang, Y. SAE Tech. Pap. Ser. 2010, 2010-01-1086. doi: 10.4271/2010-01-1086(10) Dec, J. E.; Yang, Y. SAE Tech. Pap. Ser. 2010, 2010-01-1086. doi: 10.4271/2010-01-1086

    11. [11]

      (11) Yang, Y.; Dec, J. E.; Dronniou, N.; Sjoberg, M.; Cannella, W. SAE Tech. Pap. Ser. 2011, 2011-01-1359. doi: 10.4271/2011-01-1359(11) Yang, Y.; Dec, J. E.; Dronniou, N.; Sjoberg, M.; Cannella, W. SAE Tech. Pap. Ser. 2011, 2011-01-1359. doi: 10.4271/2011-01-1359

    12. [12]

      (12) Mehl, M.; Chen, J. Y.; Pitz, W. J.; Sarathy, S. M.;Westbrook, C. K. Energy Fuels 2011, 25, 5215. doi: org/10.1021/ef201099y(12) Mehl, M.; Chen, J. Y.; Pitz, W. J.; Sarathy, S. M.;Westbrook, C. K. Energy Fuels 2011, 25, 5215. doi: org/10.1021/ef201099y

    13. [13]

      (13) Perez, P. L.; Boehman, A. L. Energy Fuels 2012, 26, 6106. doi: org/10.1021/ef300503b(13) Perez, P. L.; Boehman, A. L. Energy Fuels 2012, 26, 6106. doi: org/10.1021/ef300503b

    14. [14]

      (14) Naik, C. V.; Pitz, W. J.;Westbrook, C. K.; Sjoberg, M.; Dec, J. E.; Orme, J.; Curran, H. J.; Simmie, J. M. SAE Tech. Pap. Ser. 2005, 2005-01-3741. doi: 10.4271/2005-01-3741(14) Naik, C. V.; Pitz, W. J.;Westbrook, C. K.; Sjoberg, M.; Dec, J. E.; Orme, J.; Curran, H. J.; Simmie, J. M. SAE Tech. Pap. Ser. 2005, 2005-01-3741. doi: 10.4271/2005-01-3741

    15. [15]

      (15) Fikri, M.; Herzler, J.; Starke, R.; Schulz, C.; Roth, P.; Kalghatgi, G. T. Combust. Flame 2008, 152, 276. doi: 10.1016/j.combustflame.2007.07.010(15) Fikri, M.; Herzler, J.; Starke, R.; Schulz, C.; Roth, P.; Kalghatgi, G. T. Combust. Flame 2008, 152, 276. doi: 10.1016/j.combustflame.2007.07.010

    16. [16]

      (16) Andrae, J. C. G. Fuel 2008, 87, 2013. doi: 10.1016/j.fuel.2007.09.010(16) Andrae, J. C. G. Fuel 2008, 87, 2013. doi: 10.1016/j.fuel.2007.09.010

    17. [17]

      (17) Yahyaoui, M.; Djebaïli-Chaumeix, N.; Dagaut, P.; Paillard, C. E.; Gail, S. Proc. Combust. Inst. 2007, 31, 385. doi: 10.1016/j.proci.2006.07.179(17) Yahyaoui, M.; Djebaïli-Chaumeix, N.; Dagaut, P.; Paillard, C. E.; Gail, S. Proc. Combust. Inst. 2007, 31, 385. doi: 10.1016/j.proci.2006.07.179

    18. [18]

      (18) Sarathy, S. M.; Kukkadapu, G.; Mehl, M.;Wang, W. J.; Javed, T.; Park, S.; Oehlschlaeger, M. A.; Farooq, A.; Pitz, W. J.; Sung C. J. Proc. Combust. Inst. 2015, 35, 249. doi: org/10.1016/j.proci.2014.05.122(18) Sarathy, S. M.; Kukkadapu, G.; Mehl, M.;Wang, W. J.; Javed, T.; Park, S.; Oehlschlaeger, M. A.; Farooq, A.; Pitz, W. J.; Sung C. J. Proc. Combust. Inst. 2015, 35, 249. doi: org/10.1016/j.proci.2014.05.122

    19. [19]

      (19) Ahmed, A.; Goteng, G.; Shankar, V. S. B.; Qurashi, K. A.; Roberts, W. L.; Sarathy, S. M. Fuel 2015, 143, 290. doi: org/10.1016/j.fuel.2014.11.022(19) Ahmed, A.; Goteng, G.; Shankar, V. S. B.; Qurashi, K. A.; Roberts, W. L.; Sarathy, S. M. Fuel 2015, 143, 290. doi: org/10.1016/j.fuel.2014.11.022

    20. [20]

      (20) Lu, T. F.; Law, C. K. Prog. Energy Combust. Sci. 2009, 35, 192. doi: 10.1016/j.pecs.2008.10.002(20) Lu, T. F.; Law, C. K. Prog. Energy Combust. Sci. 2009, 35, 192. doi: 10.1016/j.pecs.2008.10.002

    21. [21]

      (21) Lu, T. F.; Law, C. K. Proc. Combust. Inst. 2005, 30, 1333. doi: 10.1016/j.proci.2004.08.145(21) Lu, T. F.; Law, C. K. Proc. Combust. Inst. 2005, 30, 1333. doi: 10.1016/j.proci.2004.08.145

    22. [22]

      (22) Pepiot-Desjardins, P.; Pitsch, H. Combust. Flame 2008, 154, 67. doi: 10.1016/j.combustflame.2007.10.020(22) Pepiot-Desjardins, P.; Pitsch, H. Combust. Flame 2008, 154, 67. doi: 10.1016/j.combustflame.2007.10.020

    23. [23]

      (23) Sun, W. T.; Chen, Z.; Gou, X. L.; Ju, Y. G. Combust. Flame 2010, 157, 1298. doi: 10.1016/j.combustflame.2010.03.006(23) Sun, W. T.; Chen, Z.; Gou, X. L.; Ju, Y. G. Combust. Flame 2010, 157, 1298. doi: 10.1016/j.combustflame.2010.03.006

    24. [24]

      (24) Luo, Z. Y.; Lu, T. F.; Maciaszek, M. J.; Som, S.; Longman, D. E. Energy Fuels 2010, 24, 6283. doi: 10.1021/ef1012227(24) Luo, Z. Y.; Lu, T. F.; Maciaszek, M. J.; Som, S.; Longman, D. E. Energy Fuels 2010, 24, 6283. doi: 10.1021/ef1012227

    25. [25]

      (25) Fang, Y. M.;Wang, Q. D.;Wang, F.; Li, X. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 2536. [方亚梅, 王全德, 王繁, 李象远. 物理化学学报, 2012, 28, 2536.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201208201(25) Fang, Y. M.;Wang, Q. D.;Wang, F.; Li, X. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 2536. [方亚梅, 王全德, 王繁, 李象远. 物理化学学报, 2012, 28, 2536.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201208201

    26. [26]

      (26) Hua, X. X.;Wang, J. B.;Wang, Q. D.; Tan, N. X.; Li, X. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 2755. [华晓筱, 王静波, 王全德, 谈宁馨, 李象远. 物理化学学报, 2011, 27, 2755.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20112755(26) Hua, X. X.;Wang, J. B.;Wang, Q. D.; Tan, N. X.; Li, X. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 2755. [华晓筱, 王静波, 王全德, 谈宁馨, 李象远. 物理化学学报, 2011, 27, 2755.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20112755

    27. [27]

      (27) Liu, Y. D.; Jia, M.; Xie, M. Z.; Pang, B. Energy Fuels 2013, 27, 4899. doi: org/10.1021/ef4009955(27) Liu, Y. D.; Jia, M.; Xie, M. Z.; Pang, B. Energy Fuels 2013, 27, 4899. doi: org/10.1021/ef4009955

    28. [28]

      (28) Zhang, Q. F.; Zheng, Z. L.; He, Z.W.;Wang, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 530. [张庆峰, 郑朝蕾, 何祖威, 王迎. 物理化学学报, 2011, 27, 530.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110334(28) Zhang, Q. F.; Zheng, Z. L.; He, Z.W.;Wang, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 530. [张庆峰, 郑朝蕾, 何祖威, 王迎. 物理化学学报, 2011, 27, 530.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110334

    29. [29]

      (29) Mehl, M.; Pitz, W. J.;Westbrook, C. K.; Curran, H. J. Proc. Combust. Inst. 2011, 33, 193. doi: 10.1016/j.proci.2010.05.027(29) Mehl, M.; Pitz, W. J.;Westbrook, C. K.; Curran, H. J. Proc. Combust. Inst. 2011, 33, 193. doi: 10.1016/j.proci.2010.05.027

    30. [30]

      (30) Lu, T. F.; Ju, Y. G.; Law, C. K. Combust. Flame 2001, 126, 1445. doi: 10.1016/S0010-2180(01)00252-8(30) Lu, T. F.; Ju, Y. G.; Law, C. K. Combust. Flame 2001, 126, 1445. doi: 10.1016/S0010-2180(01)00252-8

    31. [31]

      (31) Lu, T. F.; Law, C. K. Combust. Flame 2008, 154, 153. doi: 10.1016/j.combustflame.2007.11.013(31) Lu, T. F.; Law, C. K. Combust. Flame 2008, 154, 153. doi: 10.1016/j.combustflame.2007.11.013

    32. [32]

      (32) Turanyi, T. J. Math. Chem. 1990, 5, 203. doi: 10.1007/BF01166355(32) Turanyi, T. J. Math. Chem. 1990, 5, 203. doi: 10.1007/BF01166355

    33. [33]

      (33) Maroteaux, F.; Noel, L. Combust. Flame 2006, 146, 246. doi: 10.1016/j.combustflame.2006.03.006(33) Maroteaux, F.; Noel, L. Combust. Flame 2006, 146, 246. doi: 10.1016/j.combustflame.2006.03.006

    34. [34]

      (34) Lutz, A. E.; Kee, R. J.; Miller, J. A. SENKIN: a Fortran Program for Predicting Homogeneous Gas Phase Chemical Kinetics with Sensitivity Analysis. Report SAND87-8248. Sandia, 1987.(34) Lutz, A. E.; Kee, R. J.; Miller, J. A. SENKIN: a Fortran Program for Predicting Homogeneous Gas Phase Chemical Kinetics with Sensitivity Analysis. Report SAND87-8248. Sandia, 1987.

    35. [35]

      (35) Kee, R. J.; Grear, J. F.; Smooke, M. D.; Miller, J, A. Chemkin-II: a Fortran Chemical Kinetics Package for the Analysis of Gas-Phase Chemical Kinetics. Report SAND89-8009. Sandia, 1989.(35) Kee, R. J.; Grear, J. F.; Smooke, M. D.; Miller, J, A. Chemkin-II: a Fortran Chemical Kinetics Package for the Analysis of Gas-Phase Chemical Kinetics. Report SAND89-8009. Sandia, 1989.

    36. [36]

      (36) Luo, Z. Y.; Plomer, M.; Lu, T. F.; Som, S.; Longman, D. E. Combust. Theor. Model. 2012, 16, 369. doi: org/10.1080/13647830.2011.631034(36) Luo, Z. Y.; Plomer, M.; Lu, T. F.; Som, S.; Longman, D. E. Combust. Theor. Model. 2012, 16, 369. doi: org/10.1080/13647830.2011.631034

    37. [37]

      (37) Xiao, G..; Zhang, Y. S.; Lang, J. Chinese Internal Combustion Engine Engineering 2013, 34, 20. [肖干, 张煜盛, 郎静. 内燃机工程, 2013, 34, 20.](37) Xiao, G..; Zhang, Y. S.; Lang, J. Chinese Internal Combustion Engine Engineering 2013, 34, 20. [肖干, 张煜盛, 郎静. 内燃机工程, 2013, 34, 20.]

    38. [38]

      (38) Sjoberg, M.; Dec, J.; Hwang, J. Y. SAE Tech. Pap. Ser. 2007, 2007-01-0207. doi: 10.4271/2007-01-0207(38) Sjoberg, M.; Dec, J.; Hwang, J. Y. SAE Tech. Pap. Ser. 2007, 2007-01-0207. doi: 10.4271/2007-01-0207

    39. [39]

      (39) Vuilleumier, D.; Kozarac, D.; Mehl, M.; Saxena, S.; Pitz, W.; Dibble, R.; Chen, J. Y.; Sarathy, M.; Combust. Flame 2014, 161, 680. doi: 10.1016/j.combustflame.2013.10.008(39) Vuilleumier, D.; Kozarac, D.; Mehl, M.; Saxena, S.; Pitz, W.; Dibble, R.; Chen, J. Y.; Sarathy, M.; Combust. Flame 2014, 161, 680. doi: 10.1016/j.combustflame.2013.10.008

    40. [40]

      (40) Yang, Y.; Dec, J.; Sjoberg, M.; Ji, C. S. Combust. Flame 2015, 162, 4008. doi: 10.1016/j.combustflame.2015.07.040(40) Yang, Y.; Dec, J.; Sjoberg, M.; Ji, C. S. Combust. Flame 2015, 162, 4008. doi: 10.1016/j.combustflame.2015.07.040

    41. [41]

      (41) Mehl, M.; Pitz, W.;Westbrook, C. K.; Yasunag, K.; Conroy, C.; Curran, J. Proc. Combust. Inst. 2011, 33, 201. doi: 10.1016/j.proci.2010.05.040(41) Mehl, M.; Pitz, W.;Westbrook, C. K.; Yasunag, K.; Conroy, C.; Curran, J. Proc. Combust. Inst. 2011, 33, 201. doi: 10.1016/j.proci.2010.05.040

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  456
  • HTML全文浏览量:  51
文章相关
  • 发布日期:  2016-01-26
  • 收稿日期:  2015-11-17
  • 网络出版日期:  2016-01-25
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章