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高效清洁燃烧

摘要

天然气被视为实现双碳战略目标的重要替代燃料。此外，双燃料RCCI燃烧模式作为一种潜力巨大的低温燃烧（LTC）技术路线，对于发动机爆震问题的解决至关重要，因预混燃烧模式限制了压缩比和发动机热效率。然而，目前天然气/柴油双燃料RCCI发动机在高压缩比下的爆震现象尚缺乏系统性的研究。为拓展天然气/柴油RCCI燃烧模式的高负荷运行范围，本文基于CONVERGE软件耦合天然气/柴油化学反应机理构建了RCCI发动机缸内燃烧数值模型，在燃烧室内设置了五个缸压监测点以实时追踪缸内压力的空间变化。本研究以发动机转速、扭矩、天然气替代率、柴油喷射压力、预喷正时和主喷正时为输入参数，系统研究了压缩比对柴油/天然气RCCI发动机缸内燃烧稳定性和污染物生成机制的影响。研究结果显示，随着压缩比的增加，缸内燃烧压力和平均温度升高。虽然这对缸内火焰核心的形成和传播产生促进作用，但过快的燃烧速率导致缸内压力振荡逐渐增强，缸压峰值上升了8.7%。同时，在1700K温度等值面的火焰发展过程中，出现了三个燃料自燃点。随着压缩比从16.5增加到18.5，缸内NOx生成量增加了25.9%。然而，较高的燃烧温度有助于碳烟的后期氧化和甲烷的完全燃烧，从而使甲烷和碳烟的排放分别减少了22.3%和24.6%。本研究可以为天然气/柴油RCCI发动机在高负荷工况下的高效清洁燃烧的研究提供新的思路。

关键词

低碳燃烧;RCCI燃烧模式;天然气;燃烧稳定性;压缩比;自燃

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