直喷式柴油机中壁面催化重整反应对乳化油燃烧影响的数值研究.pdfVIP

中闺}程热物理学会 燃烧学 学术会议 第 十 jai年 分 编号:014091 直喷式柴油机中壁面催化重整反应 对乳化油燃烧影响的数值研究* 侯凌云 傅维标 (清华is学工程力学系，100094) 摘 要将壁A`{*化重整燃烧技术弓’人乳化ftliG勺燃烧中，少量$.’的产生能有效克服乳化油着火延迟 及功率有所T降的难题一从而能够在直951式柴油机中得以实钩应‘用 研究结果表明，壁面催化百整反 翻可以缩知乳化油着火延迟 lkcii}A掺水率下1}1!IVta行 hi时nr.仲 NO,碳佃和夫也桃料葵勺均同 1才得以下I ，刁户 关键词:5!m1化重整。冬化码·直喷式柴油状 引言 ll}油机以其效率高油耗低等优点受到了广泛的重视，目前在发达国家出现了汽车柴 汕机化的趋势。但如何有效解决其污染严重的问题，是汽车柴油机化实用化的关键。乳 化油的燃烧能够节能并显著降低污染P1，但由于水的加入会带来着火困难，功率 卜降， 作不稳定等问题，导致该技术一直没有得以推广。 利用燃料和水蒸气的表面催化重整反应产生的氢能够有效改善在掺水量较大的情 况下的整个燃烧过程121掺水然油以雾化形式高速射入汽缸，迅速流动、蒸发，有部分 的油蒸汽与水蒸汽接触到涂有催化剂的汽缸头与汽缸底部表面。在这两部分表面的附近 会发生催化反应而有氢气产生。氢具有热值高，火焰传播速度快，点火能低，易扩散等 特点，对于燃烧的改善十分有利。因此将壁面催化重整反应和乳化油在柴油机中结合， 有可能解决乳化油着火困难及王作不稳定的困难。本文利用数值模拟，从计算角度比较 了纯柴油、乳化池及乳化油的催化燃烧二种情况的燃烧过程和污染排放情况，分析壁面 催化重整反应在直喷式柴油机中对乳化油燃烧所起的作用。 1壁面催化重整反应求解模型 整个计算所用的软件为作者对KIVA。软件131改进和开发而成的软件，针对所研究 的问题，主要的改进包括: (1)将单组分燃料蒸发模型改成适用于乳化油的多组分燃 术模型:(2)增加了烟粒子生成和氧化模型及水煤气反应模型:(3)增加了壁面催化 重整反应模型。对于第一和第二方面的改进可参看文献[41，在这里主要探讨壁面催化 国家自然科学基金资助项目 570 重整反应的改进。 在柴油机的活塞面、汽缸缸盖面和进气f」、排气门的顶部进行了等离子喷涂.将催 化剂喷涂在上面，在活塞往复运动时，这两个表面没有摩擦，因此催化剂可以相当稳定 地存在。所使用的催化剂为我国资源较丰富、价格便宜的稀土金属。在催化剂作用 卜， 可在2000C500℃的催化剂表面上发生重整反应，使燃料与水中的氢气释放出来。烃 类燃料和水蒸气在催化重整作用下转化制氢的基本机理可以写成下面的双曲线动力学 方程: CH,,+nH20nCO+n(+警)H, ) 1 ( CH,.+(2”一晋)Hz”nCH4 ) 2 ( CO+H2OH 一.q〔+H, (3) C口+3H2HCH4+H,O (4) 在上述反应中 反应 (3)和 (4)认为是可逆的，其中水煤气变换反应 3〔)达到平衡， 则反应 (2)、 (1)和 ((4)的反应速度w,、62、D(M可表示如F: ︸ 、 ﹄