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摘 要

改革开放以来，我国的汽车工业迅猛发展，越来越多的人出行选择汽车，但因汽车而造成的环境问题却一直困扰着人们。汽车尾气是大气污染物主要来源之一，为了有效降低发动机燃烧所产生NO_x、碳烟等有害物质，人们发现了HCCI燃烧技术；HCCI燃烧技术作为最前沿的内燃机燃烧技术，越来越受到广大科研人员的重视，也是因为此，为了更好地实现HCCI燃烧，人们通过建立零维模型和准维模型来模拟燃烧室内燃烧情况，以便更好的控制进气条件、转速、压缩比等因素对其燃烧和排放的影响。本文通过建立单区和多区模型，将详细分析各种工况下，内燃机的燃烧情况，从而得出结论；另外本文也对乙醇和汽油作为发动机燃料时其燃烧和排放进行了对比，分析了其对做功、着火时刻、CO氧化发生的时刻的影响，得出结论。

关键字：均质压燃 乙醇 汽油 数值模拟

Simulation Comparison of Characteristics of HCCI Combustion and Emissions with Gasoline and Ethanol

ABSTRACT

Since the reform and opening up, China's automobile industry has developed rapidly. More and more people choose to travel by car. However, the environmental problems caused by automobiles have always plagued people. Automobile exhaust is one of the major sources of atmospheric pollutants. In order to effectively reduce the NOx, soot, and other harmful substances generated by engine combustion, people have discovered the homogeneous charge compression ignition combustion technology; HCCI combustion technology, as the most advanced combustion technology of internal combustion engines, is widely studied. And therefore, in order to better achieve the HCCI combustion, people establish a zero-dimensional model and a quasi-dimensional model to simulate combustion in the combustion chamber, in order to better study the influence of factors such as intake conditions, speed, compression ratio, etc on combustion and emissions. In this paper, the single-zone and multi-zone models are established to analyze the combustion in the internal combustion engine under various operating conditions in detail and to reach conclusions. In addition, this article also compares the combustion and emissions with ethanol and gasoline as engine fuels. Its effects on the work, the ignition timing, and the moment of CO oxidation are studied, and conclusions are reached.

Key words: homogeneous charge compression ignition; ethanol; gasoline; numerical simulation

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2汽油机的均质压燃(HCCI)低温燃烧技术 1

1.3 HCCI燃烧特点及其面临的挑战 2

1.4本课题研究的意义和内容 3

1.5经济性分析 3

第二章 HCCI发动机燃烧模拟研究 4

2.1CHEMKIN软件介绍 4

2.2 零维模型建立 5

2.2.1零维模型简介 5

2.2.2零维模型建立的一般流程 5

2.3准维模型建立 8

2.3.1准维模型简介 8

2.3.2准维模型建立的一般流程 9

第三章 化学动力学模型在HCCI发动机燃烧研究的应用 11

3.1 HCCI发动机燃烧的单区模型模拟 11

3.1.1计算模型 11

3.1.2进气初始条件对以乙醇为燃料的HCCI发动机燃烧和排放的影响 12

3.1.3转速和压缩比对以乙醇为燃料的HCCI发动机燃烧和排放的影响 14

3.1.4进气初始条件对以汽油为燃料的HCCI发动机燃烧和排放的影响 16

3.1.5转速和压缩比对以汽油为燃料的HCCI发动机燃烧和排放的影响 20

3.2 HCCI发动机燃烧的多区模型模拟 22

3.2.1模型标定 23

3.2.2乙醇多区模型计算结果分析 24

3.2.3汽油多区模型计算结果分析 25

3.3本章小结 26

第四章 乙醇和汽油HCCI燃烧对比 27

4.1进气条件的影响 27

4.2当量比的影响 28

4.3转速和压缩比的影响 28

4.4本章小结 29

第五章 全文总结与工作展望 30

5.1全文总结 30

5.2工作展望 30

参考文献 32

致 谢 34

第一章 绪论

1.1引言

近些年来，我国的汽车工业迅速发展，汽车的产量正逐年递增，到目前为止我国的汽车保有量已近二亿辆，且到2020年将突破2亿辆。伴随着汽车产量的不断增加，由于汽车产生的尾气而引发的环境问题也日益成为公众关注的焦点；因此为了改善环境，部分车企采用生物乙醇代替汽油作为发动机燃料^[1]。

燃料乙醇为可再生资源，其来源广，丰富，且抗爆性能较好，且与石油燃料的物理化学性质相似，因此得到广泛的重视^[2]。具体优良性体现在：乙醇能使汽油增加内氧，从而促使其充分燃烧，降低了汽油不充分燃烧排放的有害物质，达到了节能减排的目的^[3]。

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