[01083413]内燃机清洁替代燃料燃烧理论与应用研究

属动力工程及工程热物理学科、化学等交叉领域.内燃机高效低污染燃烧是实现内燃机节能、降低有害污染物排放以及减少温室气体CO<,2>排放的重要途径,也可为内燃机燃烧系统优化设计和燃烧现象与规律解释提供设计准则和评判依据.因此,内燃机清洁替代燃料燃烧理论与应用研究具有重要的理论意义和应用价值.多年来,内燃机燃烧多集中于对传统石油类燃料发动机的研究,而对清洁替代燃料内燃机燃烧理论的研究相对较少,特别是针对清洁替代燃料的燃烧基础理论研究十分缺乏,这很大程度上制约了对清洁燃料燃烧基础问题的认识,同时也影响了对内燃机燃用清洁替代燃料燃烧规律的把握,成为了制约清洁燃料内燃机燃烧优化控制的一个重要因素.一直以来,内燃机研究工作与燃料基础燃烧研究工作存在脱节,未能有机地结合起来,这在很大程度上影响了燃烧基础研究成果指导内燃机研究与开发工作.该项目历时15年,系统深入地开展了内燃机清洁替代燃料燃烧基础研究,形成了完整的内燃机清洁替代燃料的燃烧基础理论体系,并将其成功地应用于清洁替代燃料内燃机.所取得的主要学术贡献有: 1.阐明了掺氢燃料的层流燃烧规律和着火规律.率先提出了甲烷/氢气的着火特性依赖压力变化的三阶段着火机制;发现了层流燃烧速率与火焰中[H+OH]自由基浓度间的线性规律.研究工作丰富和发展了掺氢燃料和富氢燃料的基础燃烧理论. 2.阐明了丁醇及其同分异构体燃料的层流燃烧规律和着火规律,发展丁醇燃料的化学反应动力学机理;率先利用实测的激波管着火延迟期数据发展了戊醇化学动力学模型;阐明了二甲醚和2,5二甲基呋喃的层流火焰特性,实现了层流火焰中间物种的测量与鉴别;率先定量阐明了CO<,2>稀释火焰中,稀释作用、吸热作用和化学动力学作用对层流燃烧速率的影响程度;基于呋喃着火延迟期测量,发展了呋喃化学动力学模型;阐明了掺醇燃料层流火焰特性和燃料掺醇降低碳烟生成的机理,发展了掺醇燃料的化学动力学模型.研究工作丰富和发展了醇类燃料、醚类燃料和呋喃类燃料的燃烧理论. 3.将清洁替代燃料基础燃烧成果应用到内燃机中,提出了天然气掺氢结合废气再循环实现内燃机低温低污染燃烧思路,并通过发动机试验研究得到验证,实现了燃烧基础研究指导发动机高效低污染理论指导和燃烧优化的目的,完成了理论成果在发动机上的实际应用.出版《内燃机替代燃料燃烧学》专著1本,发表学术刊物论文172篇,SCI收录的国际期刊论文106篇,8篇为ESI高被引论文(Top 1%),在燃烧学顶级杂志《Combust Flame》、《Proc Combust Inst》和能源顶级刊物《Int J Hydrogen Energy》、《Energy Fuels》上发表论文68篇.论文他引1612篇次(SCI他引1006篇次).10篇代表作他引500篇次(SCI他引310篇次).应邀在普林斯顿大学、麻省理工学院、南加州大学、通用汽车研发中心等做学术报告和讲座10次.2009年应邀在第6届国际多相流、传质和能源转化国际会议做大会主旨报告.国际会议大会特邀报告8次.所获得燃烧基础数据已被国际上广泛用于燃料化学反应动力学机理的验证和发展中,产生了重要的学术影响.成果已被用于指导清洁燃料发动机燃烧优化和研发中.