[發明專利]一種內燃機替代燃料二甲醚燃燒反應機理模型的簡化方法

在審

• 申請號: 202011372254.8
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112489734A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 溫華兵;梅港偉;楊文明;楊夢;單敬偉
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G16C20/10
• 分類號: G16C20/10;G16C10/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐澍

本發明公開了一種內燃機替代燃料二甲醚燃燒反應機理模型的簡化方法，具體是采用了直接關系圖法、敏感性分析法和同分異構法、計算奇異攝動法、擴散物種捆綁法化學反應機理模型的簡化方法，從內燃機替代燃料二甲醚的詳細化學反應機理模型出發，給出了構建二甲醚內燃機替代燃料的簡化的化學反應模型，本發明所構建的內燃機替代燃料二甲醚燃燒化學反應機理簡化方法，得出的簡化機理模型計算效率高，結果準確。可以直接用于內燃機替代燃料二甲醚燃燒流場的數值模擬中，為內燃機的數值分析提供了有效的技術支持。

技術領域

本發明屬于內燃機燃燒過程的計算機模擬技術領域。涉及燃燒反應機理模型的簡化方法。更具體是涉及一種內燃機替代燃料二甲醚(PODE)燃燒反應機理模型的簡化方法。

背景技術

目前，對內燃機排放和燃燒效率的確定主要有兩種方式，一種是通過內燃機實驗臺架對內燃機的排放和性能進行測量，這種方法結果可靠，對精度要求高的是極具指導意義的優點，但是其成本高昂，花費時間較多，并不適合在內燃機整個開發流程中使用。另一種則是對內燃機工作過程進行數值模擬，通過計算機三維仿真對內燃機工作過程進行研究，這種方法能夠明顯縮短產品開發周期、減少實機試驗次數、降低產品開發成本等優點，是一種重要的研究方法。但是在對涉及多組分和龐大基元反應數目的燃燒過程數值模擬時會存在計算效率低下的問題，而極度簡化的一步或兩步經驗燃燒模型由于對燃燒過程的描述不足，無法保證計算的準確性。因此碳氫燃料的燃燒機理的簡化成為了燃燒領域的重要研究方向。

現階段，燃燒的機理簡化主要有兩大類：第一類則是減少基元反應的數量進行，第二類方法則是減少反應動力學模型中的組分，如直接關系圖法，直接關系圖輔助的敏感性分析法等。在反應動力學模型較大的情況下，兩種方法一般相互配合使用，即第一階段先篩選組分進行簡化，第二階段則進行減少反應動力學模型中的組分進行，最終達到簡化的目的，可以參考的文獻：A directed relation graph method for mechanism reduction；Strategies for mechanism reduction for large hydrocarbons:n-heptane。

上述二甲醚(PODE)燃燒機理簡化的方法雖然可以大幅減少燃燒反應的機理，但是對于數值計算而言，其簡化得到的結果仍然存在不足，上述方法得到的簡化機理對于特殊情況下，尤其是在發動機中的燃燒情況的適用性并不理想，特別是在大組分的機理應用條件下，其效果較差。這種情況會嚴重影響表征燃料燃燒過程中重要的基元反應和主要的反應路徑，簡化的幅度大，則機理的不確定性高，因此，上述的方法簡化得到的簡化機理不能達到反應的最好效果。

發明內容

本發明目的是針對上述問題，提供一種內燃機替代燃料二甲醚(PODE)燃燒反應機理模型的簡化方法。

本發明的方法克服了現有技術中內燃機燃燒過程數值模擬時會存在計算效率低下的問題，彌補了上述問題的不足，此方法在保證計算精度基礎上減少組分以及基元反應數目，提高內燃機工作過程數值計算效率，對縮短內燃機產品開發周期，降低開發成本具有重要的意義。

為達到上述目的，本發明提供以下技術方案：

一種內燃機替代燃料二甲醚燃燒反應機理模型的簡化方法，包括以下步驟：

步驟一：確定好可接受的誤差，設置閾值，將二甲醚、O₂和N₂設置為起始物質；取當量比為Phi＝0.5～1.5，溫度為700K～1600K，壓力為1atm～50atm。在反應中，對比各組分的貢獻率。組分B對組分A生成的貢獻率r_AB可表示為：

k_fi＝[A_iTⁿⁱexp(-E_i/RT)]F_i