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摘 要

均质压燃（HCCI)是一种采用提升压缩比、废气再次循环利用、对进入空气进行加热升温和压缩空气增加压力等方式对缸内的混合气的加热升温和增加压力，从而混合气可以高温、高压的情况下进行燃烧。本文通过以解决燃烧过程中的化学问题的计算工具CHEMKIN和标准作图工具Origin8来对柴油和二甲醚在各种不同情况下的燃烧特性和排放进行分析和对比。为此，通过分别计算和模拟柴油、二甲醚在单区模型和多区模型的数据和特性来了解两种燃料之间的不同来得到所需要的数据。

关键词：均质压燃（HCCI） 柴油 二甲醚 软件模拟

Simulation Comparison of HCCI Combustion and Emission Characteristics of Diesel and Dimethyl Ether

ABSTRACT

Homogeneous compression ignition (HCCI) is a method of increasing the temperature and increasing the pressure of the air-fuel mixture by increasing the compression ratio, reusing the exhaust gas, heating the incoming air, and increasing the pressure of the compressed air. Burn under high temperature and high pressure. This paper analyzes and compares the combustion characteristics and emissions of diesel and dimethyl ether under various conditions by using the calculation tool CHEMKIN and the standard drawing tool Origin8 to solve the chemical problems in the combustion process. For this purpose, the required data is obtained by separately calculating and simulating the data and characteristics of diesel and dimethyl ether in the single-zone model and the multi-zone model to understand the difference between the two fuels.

KEY WORDS: homogeneous charge compression ignition (HCCI); diesel; dimethyl ether; numerical simulation

目录

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2均质压燃（HCCI）燃烧方式的特别情况 1

1.3本论文所选课题研究的意义 2

第二章 计算研究工具 3

2.1 内燃机研究模型的简单论述 3

2.2计算研究工具 3

2.2.1 CHEMKIN简介 3

2.2.2运用CHEMKIN 软件来进行数据分析计算 3

第三章 HCCI燃烧计算分析 5

3.1试验简介 5

3.2柴油计算初始条件 5

3.2.1基础数据计算 5

3.2.2柴油HCCI燃烧计算分析 6

3.2.3进气初始条件对HCCI燃烧产生的影响 6

3.2.4 转速和压缩比对HCCI的影响 10

3.3二甲醚计算初始条件 14

3.3.1基础数据计算 14

3.3.2 二甲醚HCCI燃烧计算分析 14

3.3.3 进气的初始条件对HCCI燃烧产生的影响 14

3.3.4转速和压缩比对HCCI燃烧的影响 19

3.4柴油和二甲醚在HCCI燃烧情况下的对比 22

3.4.1改变进气温度的情况下进行对比 22

3.4.2改变进气压力的情况下进行对比 22

3.4.3改变压缩比的情况下进行对比 23

3.4.4改变当量比的情况下进行对比 24

3.4.5改变转速的情况下进行对比 24

3.5本章小结 25

第四章 HCCI燃烧多区模型分析 26

4.1简介 26

4.2多区模型参数的确定 26

4.3示功图比较 27

4.4经济性分析 32

4.5本章小结 32

第五章 总结 33

参考文献 35

致谢 37

第一章 绪论

1.1引言

在过去的100多年中，内燃机因其热能利用率高、功率范围广，对不同工况的适应能力强、结构紧凑，重量较轻，体积很小，燃料和水的消耗量小、操作方便，启动快。在各行各业得到了充分的发展，尤其是在汽车行业。在未来的几十年内，以内燃机为动力基础的汽车依然会是人们出行的主要代步工具^[1]。

虽然我国的汽车工业兴起的比较晚，但随着时间的推移我国汽车的持有量一直在不断地增加，因此内燃机燃料柴油、汽油的使用量急剧增长。但是我国的石油的储备量和开采量远远不够消耗使用，因此要想有效的缓解石油供需量的紧张状况，对内燃机进行节能的研究、制造是必不可少的。

当然，随着内燃机在这100多年中的普遍使用，其对地球环境的污染也是日益加剧，柴油、汽油等传统燃料在经过内燃机的燃烧后会排放出大量的一氧化碳（CO）、氮氧化合物(NO_X)、细小颗粒物（PM）等有害排放物质。根据研究表明内燃机产生的有害排放物会形成光化学烟雾、酸雨、使臭氧层减薄、臭氧浓度过高、雾霾、全球范围内的温室效应，造成两极冰山融化促使海平面上升对沿海城市和岛上城市有很大的影响。同时这些有害排放物质还会直接危害人体健康，增加呼吸系统疾病的发生率^[2-3]。

因此，提高我国内燃机的燃料的有效燃烧，减少有害物质的排放，寻找和研究能够有效缓解我国资源紧张和改善环境的石油替代的新型环保燃料，对于实现节约能源、减少废气的排放、保护环境的目标和改善国民经济都有极大的帮助。

1.2均质压燃（HCCI）燃烧方式的特别情况

柴油HCCI燃烧过程的研究开始于上世纪90年代中期^[4]，经过研究表明，绝大多数燃料的均质压燃（HCCI）燃烧有两个不同的放热特殊症状，第一放热和主放热，第一放热属于在超低的温度和氧气发生的反应，此时的放热反应和寒冷的火焰有关，主放热的可以放出热量的效率比较不错，在第一放热和主放热间的过渡期间会出现随温度的增加，燃料总体反应率不增反降的现象^[5-6]。尽管这样子的燃烧方式和别的老的燃烧方式比较觉得节能环保，但是现阶段的工艺，在内燃机上实现均质压燃燃烧还是在一些方面难以处理：

一方面，均质压燃燃烧方式对于着火时间难以控制。因为考虑到由于受到化学反应的控制，着火时间、燃料的化学性质和混合气在压缩过程中的温度、压力有很大的关系，所以均质压燃相比其他方式更加缺乏直接的控制手段。

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