1. 研究目的与意义（文献综述）

随着环境污染的日益加剧和能源危机不断加剧，各国对于发动机替代能源的研究越来越重视。随着汽车保有量的飞速增加以及石油资源短缺问题的日益严重，开发经济实用的汽车代用清洁燃料具有战略意义。乙醇被认为是最有前途的汽车清洁代用燃料之一，这主要是由于乙醇的理化和热工性能与汽油接近，并且乙醇可从甘蔗、淀粉植物、野生植物中制取，属于可再生燃料。因此，乙醇是点燃式内燃机的优异代用燃料。乙醇燃料作为一种重要的可再生能源具备许多优势，随着近年来运用生物技术来生产燃料酒精的不断发展，乙醇作为发动机替代能源的研究再次成为焦点。

乙醇燃料辛烷值可达111，故抗爆性较好，可以替代甲基叔丁基醚（mtbe）添加到汽油中作为抗爆剂；乙醇着火界限宽，火焰传播速度快，而且过量空气系数变化范围为0.6-0.8，有助于提高发动机的压缩比与使用稀薄燃烧技术；另外，其含氧量高，使燃料在发动机中燃烧更加充分，可以改善发动机的排放性能，使co和hc排放平均减少30%以上，基于以上优点乙醇燃料在发动机中的应用中具有广阔前景。着火特性作为燃料的重要基础燃烧特性直接影响其在发动机缸内的燃烧，对生物乙醇燃料发动机的开发具有重要指导作用，因此开展生物乙醇着火特性研究对于环境保护与缓解能源危机具有重要意义。

对于生物乙醇及其掺混燃料的着火特性与火焰传播特性的实验与模拟已经开展了大量工作并取得了一定成果。早在1981年，natarajan等人首先在压力为1.0和2.0 atm，当量比为0.5、1.0和2.0的条件下，在1300-1700 k的温度范围内进行乙醇/氧气/氩气混合物在激波管中的点火实验和分析研究，测定了着火延时并对实验数据进行了拟合。1999年，美国劳伦斯．利弗莫尔国家实验室(llnl)的marinov通过实验测量了乙醇燃料点火延时在内的多种参数数据，并对其所建立的乙醇氧化详细化学动力学模型进行了验证。2005年，吉林大学刘发发应用chemkin软件对乙醇hcci燃烧氧化机理进行了理论研究，在乙醇氧化机理研究的基础上，应用0-d单区模型耦合乙醇氧化详细化学动力学机理对乙醇hcci发动机进行了模拟研究。考查了进气温度、过量空气系数、egr率等燃烧边界条件对乙醇燃料hcci燃烧的影响，并对乙醇均质压燃发动机的hcci工作区域进行研究。2006年吕兴才等人在hcci发动机上做了乙醇掺混正庚烷燃料在1800 r/min下不同负荷的实验研究，测试了其着火时刻的变化、自燃着火特性、热效率以及排放特性。2007年，cancino和fikri等人用高压激波管测定了乙醇在 690 k-1200 k、30 bar、当量比为1时的着火延迟时间，随后在 2010年，他们测定了更宽试验条件下乙醇的着火延迟时间，并利用所测定的数据对其所提出的乙醇化学动力学模型进行了验证。同年，heufer等人利用高压激波管测定了800 k-1400 k条件下，压力分别为13 bar、19 bar和40 bar时的乙醇–空气混合物的着火延迟时间，并进行了相关的模拟研究。2011年，张志远等人给出了一个扩展的乙醇化学反应动力学机理并给予了验证。利用此扩展机理分别计算了不同初始条件下乙醇-空气混合气一维层流自由传播火焰中反应物、自由基、碳基中间产物和燃烧产物的分布规律，并预测了nox的浓度分布曲线，解释了实验和计算得到的层流燃烧速度随初始条件的变化规律。2012年，lee等人利用激波管和快速压缩机测定了不同压力条件下、775 k-1300 k时乙醇的着火延迟时间。但是，在低于1000k条件下对乙醇着火特性的研究却很少，所使用的实验设备包括激波管和快速压缩机。在该条件下最新的研究为2013年，美国阿克伦大学机械工程系的mittal和burke等人利用快速压缩机在温度为825k，压力为10~50bar，当量比为0.3~1.0的条件下，对乙醇/o₂/n₂/ar混合物的着火特性进行了实验研究，同时基于kemkin软件采用metcalfe等人公布的化学动力学机理进行了模拟研究。研究表明，该化学动力学机理在低温高压条件下能够准确预测乙醇的着火特性。

2. 研究的基本内容与方案

本课题为生物乙醇燃料着火特性的模拟研究，对着火特性的影响因素包括初始温度、初始压力、当量比。基于chemkin软件，分析比较已公布的乙醇氧化化学反应动力学机理，分析筛选出本课题最适合的机理。利用可以研究点火延迟的化学反应动力学模型，研究初始温度、初始压力、当量比对生物乙醇着火特性的影响。对比实验数据探究各因素对生物乙醇着火延时的影响，并对模拟结果进行敏感度分析，通过敏感性与反应路径两个方面开展乙醇化学动力学机理的研究工作。

本文研究中的生物乙醇燃料可按其变化规律将着火延迟分为低温段，中温段和高温段。

在chemkin软件中选择研究着火特性的反应动力学模型，改变初始条件，模拟计算点火延迟时间，将得到的数据制表绘图，对图线中的变化规律进行分析。综合分析模拟结果，采用arrhenius形式对实验数据进行拟合，并通过敏感性分析找出影响生物乙醇点火延迟的主要反应机理。若实验条件具备，将测量几组实验数据并与模拟数据进行比较，进而可对生物乙醇的氧化动力学机理进行验证。

3. 研究计划与安排

第1-2周 查阅文献完成文献综述和开题报告；

第3-4周 完成外文翻译；

第5-6周 了解乙醇着火特性的国内外研究现状；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] mack j h, aceves s m, dibble r w. demonstrating direct use of wet ethanol in a homogeneous charge compression ignition (hcci) engine[j]. energy, 2009, 34(6): 782-787.

[2] martinez-frias j, aceves s m, flowers d l. improving ethanol life cycle energy efficiency by direct utilization of wet ethanol in hcci engines[j]. journal of energy resources technology, 2007, 129(4): 332-337.

[3] 李格升,游伏兵,高孝洪.含水酒精在发动机上的应用研究[j].武汉理工大学学报（交通科学与工程版）,2008,32(6):994-997.