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内燃机碳中和与排放控制

摘要

燃料燃烧过程中产生的碳烟颗粒是内燃机污染排放的主要组成部分。多环芳烃（PAHs）作为碳烟的前驱体，建立准确的PAH反应动力学模型有助于揭示内燃机排放的特性。当前，PAH建模方法通常将稠环芳烃的生成视为燃料裂解的小分子中间产物通过环化聚合形成。然而，成分复杂的多组分真实燃料，如RP-3航空煤油，其中的芳香烃类物质直接参与PAH的生成，提高了稠环芳烃的产率，而现有建模方式无法描述此类反应。杂化化学（HyChem）方法是一种基于燃烧反应物理过程建模多组分真实燃料燃烧反应动力学的方法，通过修正HyChem燃料转化子模型，可描述燃料中芳香烃类物质生成稠环芳烃的反应动力学过程。该研究旨在探究多组分真实燃料燃烧中多环芳烃反应动力学的特性，发展PAH建模方法，并为RP-3航煤开发PAH模型。首先，开展了RP-3航煤流动管反应器热解实验，测试了芳香烃产物如苯、甲苯、萘（A2）、菲（A3）、芘（A4）、乙苯、苯乙烯和苯乙炔等的分布数据，实验温度范围为1200~1400 K，压力为1 atm。而后，修正了HyChem方法用于PAH建模，根据得到的芳香烃类产物分布数据，将A2作为中间产物加入燃料转化子模型，并结合基础燃料化学模型与PAH生长模型建立了RP-3航煤PAH模型。最后，验证了RP-3航煤碳烟产率数据，结合RP-3航煤PAH模型与现有详细碳烟模型模拟碳烟生成，并与在激波管中测得的实验数据作比较。结果表明，建立的RP-3航煤PAH模型能够准确描述RP-3航煤中PAH的生成规律，并结合碳烟模型预测了激波管实验中的RP-3航煤碳烟产率。

关键词

多环芳烃;流动管反应器;杂化化学方法;RP-3航空煤油;碳烟预测

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