汽油機中正丁醇燃燒的數值模擬

汽油機中正丁醇燃燒的數值模擬

考慮環境污染和燃油消耗兩方面的影響，尋找傳統汽油的替代性燃油成為了汽油機研究的一個主要方向。與汽油相比，正丁醇的熱值與其相似但具有更高的辛烷值，有利于實現更高的壓縮比。此外，正丁醇與空氣混合形成的可燃混合氣具有非常寬的點火界限，因而可以實現空燃比的大幅度改變，有利于稀薄燃燒技術的實現。目前，由于汽油機多將汽油與正丁醇混合使用，因此進行汽油機燃燒特性研究也是針對這種混合燃料的研究，還沒有針對只使用正丁醇汽油機的燃燒特性進行分析。

通過數值模擬的方法對只使用正丁醇汽油機的燃燒特性進行分析，并將模擬結果與傳統汽油下的燃燒特性進行對比。仿真時，采用商業化計算流體動力學（CFD）軟件STAR-CDV4.22建立汽油機CFD模型。噴油器類型設定為6孔噴油器，噴射壓力設定為10MPa，噴射持續時間為2.3～2.9ms，火花塞位置設定為氣缸的幾何中心，壓縮比設定為10∶1，冷卻液溫度設定為57～62℃。采用RNGk-ε湍流模型模擬汽油機缸內復雜的湍流運動。采用Kuensberg模型模擬燃油噴霧的成形過程。采用ECFM-3Z模型模擬汽油機缸內的燃燒過程和熱傳遞過程。仿真設定廢氣再循環（EGR）率從0變化到30%，記錄不同EGR率下汽油機的缸內峰值壓力、燃油消耗和排放。此外，采用一臺光學可視的汽油機進行與模擬參數相同的臺架試驗，對模擬結果的精確性進行驗證。結果顯示：①使用正丁醇的汽油機，隨著EGR率的增加缸內峰值壓力和排放降低；②與以汽油為燃油時的汽油機燃燒特性相比，正丁醇在燃燒壓力、燃燒溫度、熱釋放率方面具有與汽油相似的性能，但是點火延遲和燃燒持續時間明顯落后于汽油，因而缸內壓力升高較慢。

SebastianoBredaetal.SAE 2017-01-0546.

編譯：李臣