汽油機中正丁醇燃燒的數(shù)值模擬

考慮環(huán)境污染和燃油消耗兩方面的影響，尋找傳統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)空燃比的大幅度改變，有利于稀薄燃燒技術(shù)的實現(xiàn)。目前，由于汽油機多將汽油與正丁醇混合使用，因此進(jìn)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(jìn)行分析。

通過數(shù)值模擬的方法對只使用正丁醇汽油機的燃燒特性進(jìn)行分析，并將模擬結(jié)果與傳統(tǒng)汽油下的燃燒特性進(jìn)行對比。仿真時，采用商業(yè)化計算流體動力學(xué)（CFD）軟件STAR-CDV4.22建立汽油機CFD模型。噴油器類型設(shè)定為6孔噴油器，噴射壓力設(shè)定為10MPa，噴射持續(xù)時間為2.3～2.9ms，火花塞位置設(shè)定為氣缸的幾何中心，壓縮比設(shè)定為10∶1，冷卻液溫度設(shè)定為57～62℃。采用RNGk-ε湍流模型模擬汽油機缸內(nèi)復(fù)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(nèi)的燃燒過程和熱傳遞過程。仿真設(shè)定廢氣再循環(huán)（EGR）率從0變化到30%，記錄不同EGR率下汽油機的缸內(nèi)峰值壓力、燃油消耗和排放。此外，采用一臺光學(xué)可視的汽油機進(jìn)行與模擬參數(shù)相同的臺架試驗，對模擬結(jié)果的精確性進(jìn)行驗證。結(jié)果顯示：①使用正丁醇的汽油機，隨著EGR率的增加缸內(nèi)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(xù)時間明顯落后于汽油，因而缸內(nèi)壓力升高較慢。

SebastianoBredaetal.SAE 2017-01-0546.

編譯：李臣