文章编号异辛烷论文导读:：本文在Jia等人的异辛烷机理基础上进行简化和化学反应动力学参数调教，构建出一种精简的异辛烷氧化机理（30种组分、38步反应）用于表征汽油的燃烧排放特性。利用激波管、喷射搅拌器以及HCCI发动机的多种实验结果对简化后的机理进行验证，结果表明该机理在不同压力、温度和当量比下的计算结果与实验结果吻合良好。与Jia等人的机理相比，简化后的机理滞燃期略有减小，着火相位有所提前，更接近汽油自燃特性；但简化机理预测的HC排放值略偏少。论文关键词：异辛烷，化学反应，汽油表征机理，燃烧，排放引言随着计算流动动力学和燃烧化学反应动力学的发展，使用三维CFD耦合详细化学反应机理预测发动机缸内燃烧过程及预测污染物生成已成为内燃机燃烧模拟的前沿。但当前的问题仍是计算时间过长（即使采用大规模并行计算，内燃机三维模拟单循环计算的时间也需在103小时量级）。一个主要原因就是实际燃料的详细化学反应动力学机理庞大（包含上百种组分，上千步化学反应）。近年来已发展出一系列发动机实际燃料的代用机理。如典型的汽油代用机理中的组分构成分别为异辛烷/正庚烷[1]、异辛烷/正庚烷/甲苯[2]、异辛烷/正庚烷/甲苯/二异丁烯/乙醇[3]，异辛烷/正庚烷/甲苯/1-戊烯/环己烷[4]。但汽油通常有好几百种碳氢组分组成，碳原子数通常在5～11范围，各组分间由于碳原子数或分子结构的差异，其物理和化学性质存在很大差别。因此，这种多组分汽油代用机理也很难表征实际汽油燃料特性。而且这些机理依然在数百步反应量级，耦合CFD的内燃机多维模拟计算的时间也需在数百小时量级，很难为内燃机多维模拟使用。实际上异辛烷，对于内燃机燃料的表征机理，主要关心的是碳氢比、滞燃期、放热规律、以及主要排放物的生成规律，因此，需要发展精简且能反映内燃机燃料着火、燃烧放热和主要排放物生成特性的表征燃料机理，用于内燃机燃烧开发的实际应用中。异辛烷是最常用的汽油表征燃料，许多研究者对异辛烷化学反应机理进行了大量的研究用于模拟汽油的燃烧过程[5-7]论文下载。目前主流的异辛烷机理可以分为三类[7]，分别是详细机理、骨架机理和介于其间的简化机理。Shell模型[8]是一种被广泛应用于描述碳氢燃料自燃的的集总反应机理，通过构造一组8步链分支反应来模拟高碳烃燃料的着火特性，但由shell模型只是一种经验性的数学模型，模型中所描述的组分在实际反应中并不存在，使得其在模拟燃烧排放的过程中带来明显缺陷。美国劳伦斯国家实验室的Curran等人开发的异辛烷化学反应机理[5]是被普遍认可的详细机理，该机理包括874种组分、3796步化学反应，几乎包括了目前为止所知的所有高低温化学反应并经过了大量的实验验证，在多种实验条件下都表现出良好的性能，但是由于该机理过于复杂，不适用于CFD耦合计算。美国威斯康辛大学的Reitz等人为进行CFD耦合计算开发了汽油化学反应的简化机理[6]，其反应步数虽然较Curran详细机理大大减少，但在进行内燃机CFD耦合计算时间仍在102小时量级。大连理工大学的Jia等人[7]开发的用于模拟HCCI燃烧的异辛烷氧化反应机理（40种组分、69步反应），通过多种实验检验，表现出了良好的性能。该机理虽然已属于反应步数较少的骨架机理，但其辛烷值偏高，并且对于汽油机燃烧的CFD实际应用异辛烷，仍希望能够找到更经济的汽油表征机理。本文在Jia等人的异辛烷机理基础上进行简化和反应动力学参数调教，缩短滞燃期，调整CO和HC排放，开发更为精简和更接近汽油燃烧排放特性的汽油表征机理。1简化反应机理大连理工大学的Jia等人使用异辛烷简化反应机理表征汽油的化学反应过程在实验中被证明可以有效的模拟汽油的着火燃烧过程[7]。Jia的机理主要包括三部分，分别为高碳烃分子的低温反应部分、高碳烃分子裂解为低碳烃分子以及低碳烃小分子的氧化过程。其中，低温反应部分取自Tanaka[9]的机理，可以看出，无论是详细机理、简化机理还是骨架机理，在描述低温反应的过程中都使用了Benson[10]的基本原理，因此，本文机理的低温反应也沿用该反应机理，不对该部分做简化。Jia机理构造了4组反应来描述高碳烃分子裂解为低碳烃分子的过程，该部分主要为了与后面的...