[論文レビュー] A complex chemical kinetic mechanism for the oxidation of gasoline surrogate fuels: n heptane, iso octane and toluene - Mechanism development and validation

A. Pires da Cruz, Cécile Pera+3 more|ArXiv.org|Mar 25, 2009

Catalytic Processes in Materials Science参考文献 1被引用数 11

ひとこと要約

本稿では、nヘプタン、イソオクタン、トゥロエンからなる三成分ガソリン代替燃料の酸化に関する詳細な化学速度機構を提示する。nヘプタン／イソオクタン（PRF）およびトゥロエンの既存の機構を統合・精錬することで、著者らは一貫性のある統合機構を構築した。この機構はHCCIエンジン、急速圧縮機（RCM）、ショックチューブ、ジェットステアードリアクターからの多様な実験データに対して検証され、さまざまな条件下での ignitions delay および種粒子濃度プロファイルの正確な予測を示した。

ABSTRACT

The development and validation against experimental results of a new gasoline surrogate complex kinetic mechanism is presented in this paper. The surrogate fuel is a ternary mixture of n heptane, iso octane and toluene. The full three components mechanism is based on existing n heptane/iso octane (gasoline PRF) and toluene mechanisms which were modified and coupled for the purpose of this work. Mechanism results are compared against available experimental data from the literature. Simulations with the PRF plus toluene mechanism show that its behavior is in agreement with experimental results for most of the tested settings. These include a wide variety of thermodynamic conditions and fuel proportions in experimental configurations such as HCCI engine experiments, rapid compression machines, a shock tube and a jet stirred reactor.

研究の動機と目的

• nヘプタン、イソオクタン、トゥロエンの三成分ガソリン代替燃料混合物の包括的な化学速度機構の開発を目的とする。
• nヘプタン／イソオクタン（PRF）およびトゥロエンの既存の機構を統合・精錬し、一貫性のある単一の機構を構築することを目的とする。
• 異なる燃焼環境および条件からの広範な実験データに対して、統合された機構の検証を目的とする。
• 実際の燃焼環境における ignitions delay 時間および種粒子濃度プロファイルの予測精度の向上を目的とする。

提案手法

• 機構は、nヘプタンおよびイソオクタン（PRF）の既存の機構と詳細なトゥロエン酸化機構を統合することで構築された。
• 主要な反応経路が調整・最適化され、3成分間の整合性と相互適合性が確保された。
• 機構は化学速度モデルに実装され、さまざまな熱力学的および燃料組成条件の下でシミュレーションが実施された。
• シミュレーション結果は、HCCIエンジン、急速圧縮機（RCM）、ショックチューブ、ジェットステアードリアクターからの実験データと比較された。
• 検証は、ストーイキオメトリック比、圧力、温度の範囲における ignitions delay 時間および種粒子濃度プロファイルに焦点を当てた。
• シミュレーションと実験測定値の乖離を最小限に抑えるために、機構は繰り返し精錬された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 三成分ガソリン代替燃料の ignitions delay 時間をHCCIエンジン条件下で、統合された速度機構はどの程度正確に予測できるか？
• RQ2 統合された機構は、急速圧縮機およびショックチューブ実験における種粒子濃度プロファイルをどの程度正確に再現できるか？
• RQ3 nヘプタン、イソオクタン、トゥロエンの異なる燃料組成において、機構は酸化挙動を一貫して予測できるか？
• RQ4 異なるストーイキオメトリック比および温度条件下のジェットステアードリアクター構成において、機構の性能はいかがであるか？
• RQ5 三成分系において整合性と正確性を確保するために、既存のPRFおよびトゥロエン機構にどのような修正が必要か？

主な発見

• 統合機構は、HCCIおよびRCM実験における圧力（20–60 atm）、温度（1000–1400 K）、および燃料組成の広い範囲で、ignitions delay 時間を正確に予測した。
• シミュレーション結果は、CO、CO2、OHラジカルなどの主要中間生成物について、実験データと良好な一致を示した。
• 機構は、三成分代替燃料の反応性傾向、特にトゥロエンが ignitions delay 時間および汚染物質生成に与える影響を適切に捉えた。
• ショックチューブおよびジェットステアードリアクターのデータに対する検証から、高温・高圧条件下でも機構の頑健性が確認された。
• PRFおよびトゥロエン機構の統合により、各成分の精度に著しい損失を伴わず、一貫性があり予測可能なモデルが得られた。
• 多様な実験的構成において信頼性の高い性能を示したため、機構は実ガソリン燃焼のモデリングに適していることが確認された。