[论文解读] 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 11

一句话总结

本文提出了一种针对由正庚烷、异辛烷和甲苯组成的三元汽油替代燃料氧化的详细化学动力学机理。通过整合并优化现有的正庚烷/异辛烷（PRF）与甲苯氧化机理，作者构建了一个统一的机理，并在HCCI发动机、快速压缩机、激波管和搅拌反应器等多种实验条件下进行了验证，展示了其在不同条件下对点火延迟和物种分布的精确预测能力。

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.

研究动机与目标

• 开发一种针对由正庚烷、异辛烷和甲苯组成的三元汽油替代燃料混合物的综合性化学动力学机理。
• 将现有的正庚烷/异辛烷（PRF）与甲苯机理整合并优化为一个统一且一致的机理。
• 利用来自不同燃烧构型和条件下的广泛实验数据对整合后的机理进行验证。
• 提高在实际燃烧环境中对点火延迟时间和物种分布的预测准确性。

提出的方法

• 通过将已建立的正庚烷和异辛烷（PRF）机理与详细的甲苯氧化机理相结合，构建了该机理。
• 对关键反应路径进行了调整和优化，以确保三种组分之间的协调一致与兼容性。
• 将该机理嵌入化学动力学模型，并在各种热力学和燃料组成条件下进行模拟。
• 将模拟结果与HCCI发动机、快速压缩机（RCM）、激波管和搅拌反应器的实验数据进行对比。
• 验证重点集中在不同当量比、压力和温度下的点火延迟时间和物种浓度分布。
• 通过迭代优化，减小了模拟结果与实验测量之间的偏差。

实验结果

研究问题

• RQ1 在HCCI发动机条件下，该整合机理对三元汽油替代燃料的点火延迟时间预测精度如何？
• RQ2 该整合机理在快速压缩机和激波管实验中对物种分布的再现程度如何？
• RQ3 该机理能否在正庚烷、异辛烷和甲苯的不同燃料组成下一致地预测氧化行为？
• RQ4 在不同当量比和温度下的搅拌反应器构型中，该机理的性能表现如何？
• RQ5 为确保在三元体系中的一致性和准确性，对现有PRF和甲苯机理需要进行哪些修改？

主要发现

• 该整合机理在HCCI和RCM实验中，对20–60 atm的压力范围、1000–1400 K的温度范围以及不同燃料组成的条件下，均能准确预测点火延迟时间。
• 模拟结果与实验物种分布数据吻合良好，尤其在CO、CO2和OH自由基等主要中间产物方面表现优异。
• 该机理成功捕捉了三元替代燃料的反应性趋势，包括甲苯对点火延迟和污染物生成的影响。
• 在激波管和搅拌反应器数据上的验证结果表明，该机理在高温高压条件下具有出色的鲁棒性。
• PRF与甲苯机理的整合实现了机理的一致性与高预测能力，且未在任一组分中造成显著的精度损失。
• 该机理在多种实验构型中表现出可靠性能，证实其适用于真实汽油燃烧的模拟。