在恒定体积下温度不均匀的稀薄正庚烷/空气混合物点火的直接数值模拟:参数研究( Direct numerical simulations of ignition of a lean n-heptane/air mixture with temperature inhomogeneities at constant volume: Parametric study )

CS Yoo T Lu JH Chen CK Law hcci dns n-heptane reduced mechanism thermal stratification auto-ignition chemical explosive mode analysis

通过直接数值模拟(DNS)研究了热分层对稀均相正庚烷/空气混合物在定容高压下着火的影响，并根据详细的LLNL机理发展了一种新的58种还原动力学机制（H.J.Curran et al.，Comust.Flame 129（2002）253-280)，用于非常稀的混合物（H.J.Curran et al.，Comust.Flame 129（2002）253-280）。二维DNS是在固定体积中进行的，二维各向同性速度谱和温度涨落叠加在初始标量场上。研究了由温度均值和方差变化引起的初始温度场变化以及湍流与点火延迟时间标度的比值对稀正庚烷/空气混合气多级点火的影响。一般而言，无论平均初始温度如何，随着热分层的增加，平均放热速率增加得更慢。相对于负温度系数(NTC)区，在高平均初始温度下，点火延迟随热分层程度的增加而减小。然而，由于较长的混合气总的点火延迟而导致的相对较低的平均初始温度的热波动的增加，则该温度随热波动的增加而增加。位移速度和Damkhler数分析表明,在反应前沿,高度的热分层导致爆燃而不是自燃,因此,在区域内最高温度区发生热失控后,平均放热速率较平滑。化学爆炸模式分析(CEMA)也验证了在温度波动较大的情况下，混合在反应前沿抵消了化学爆炸。研究还发现，当湍流与点火延迟时间尺度之比较短时，所产生的标量波动减小会导致整个点火过程以自燃方式发生。然而，与热分层的影响相比，湍流的总体影响较小。这些结果表明，均匀充量压燃(HCCI)发动机平稳运行的临界热分层程度取决于初始温度的均值和波动，在控制点火正时和防止HCCI燃烧中压力过快上升时，应考虑初始温度的均值和波动。

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