简介

自上个世纪以来，化石燃料已成为主要来源全球能源，由于快速发展在世界经济中，对能源的需求正在增加，这有加速了化石燃料的枯竭，此外，环境燃烧化石燃料造成的污染和健康问题正变得越来越严重。

据估计，运输该行业消耗了全球石油消费量的近三分之二，随着能源危机和环境问题的加剧，研究人员已经开始关注混合燃料或替代品燃料，如沼气，生物柴油，甲醇，乙醇，二甲醚和重整气体，提高发动机热效率或减少排放。

氢，作为一种可再生的清洁资源，已广泛绘制注意力，与传统燃料相比，如汽油和柴油，氢气表现出更高的特征层流火焰速度，淬火距离更短，扩散量更高系数，然而，氢作为发动机燃料还面临诸如安全、预燃、适得其反和功耗降低，可有效改善燃油汽化和混合，加速燃烧，减少冷壁淬火和将氢气引入汽油发动机时的周期性变化。

自避免氢气端口容积效率下降喷射，一些研究人员调查了汽油的组合端口喷射和氢气直接喷射（HDI），俞等研究了HDI对汽油发动机的影响并优化了实验中的主要参数，例如过量空气系数和负载，结果表明，氢共和提高制动热效率，改善稀薄燃烧性能，燃烧持续时间缩短了大约20%，在汽油中加入10%的氢气。

此外，他们观察HDI对颗粒物的影响，他们观察到成核粒子数量减少，聚集更多当当量比对应于在超稀薄条件下，氢分数的变化略微影响了粒子的数量，从而表明碳氧比的影响比较到粒子形成的当量比，观察EGR对进气口喷射燃烧和排放的影响带HDI的汽油发动机，气缸的峰值压力增强9，8%，氢气导致发动机扭矩增加11%混合。

数值模型与验证

在这项研究中，一个三维3，1TGDI发动机的5D模型成立于SolidWorks，然后，模型被转换为一个STL格式文件作为仿真软件CONVERGE中的输入文件，发动机型号和参数在数字图11和表1，另外，为了获得更多有关混合物自燃的详细信息，八个监控点（P1-P8）均匀地设置在燃烧室中。

其中的流域由于流体流动、化学品，发动机气缸非常复杂反应、热和传质，因此，适当的模型必须选择用于预测气缸中的流体流动和化学反应具有高精度，一些研究表明，SAGE模型适用于汽油发动机燃烧的模拟精度高，因此被选为燃烧模型在这项研究中，其他模型，如湍流模型和喷雾模型，应根据要检查的场景进行选择，本文中使用的模型列于表2中。

初始条件

准确的初始和边界条件对仿真有重要影响准确性，本研究的初始条件和边界条件根据实验和GT功率仿真结果进行设置，表3列出了一些初始条件和边界条件，在整个模拟过程中过程中，汽油和氢气的总能量保持不变在所有条件下，此外，氢气被引入涡轮增压器后面的进气歧管，具体来说，HVF和分别计算每个循环喷射的汽油质量在等式1和2中。

模型验证

自适应网格细化功能，可自动加密根据区域计算过程和区域的要求，因此，它确保了计算的准确性和速度，为了增强计算效率高，满足精度要求，基本4毫米，使用网格，并且某些区域，例如气缸套附近的区域，活塞、进气门和排气门被加密为不同的度。

为了准确模拟操作过程发动机，通过实验验证了数值模拟结果发动机分别以3000rpm-272，2运行时的结果Nm和2500rpm-266，9Nm，实验之间的比较缸内压力的仿真结果如数字图22，如图中，仿真值与实验吻合较好价值。

实验气缸压力的最大值为：分别为7，88和7，19MPa，以及模拟的最大值当发动机时，气缸压力分别为7，91和7，12MPa工作转速为3000rpm-272，2Nm和2500rpm-266，9Nm，错误约为0，1%，误差由等式4计算，基于该模型，模拟进行了不同氢-汽油调和的燃烧，列出了论文中使用的发动机的运行条件在表4中。

结果和讨论

显示最大气缸压力（P，max）、热释放率（HRR，max），以及相应的曲柄角不同的HVF，进气压力约为2，0bar，此外，在所有研究条件下，混合物的过量空气系数均为1，0，如图所示，P，max和人力资源，max随着HVF的增加而增加，并且它们的相位逐渐增加进展。

这是由于氢气混合，这增加了燃烧率并使热量释放更加集中，然而，作为IT先进，差异在P，max在不同的HVF中逐渐减少，在同一HVF下，max基本上随着IT的进步而增加，此外，P，max也以相同的趋势增加。

它可以从中看数字​图33c在大多数工作条件下，HRR的曲线具有只有一个山峰，然而，在低HVF和早期IT工作的情况下条件，HRR的曲线有两个峰值，如图33e，HRR为2，0%不同IT的HVF，它被认为是自燃的结果。

高压和IT对燃烧阶段的影响

HVF和IT对点火延迟周期的影响和燃烧持续时间显示在数字​图44a，b，其中点火延迟期是指曲轴角度从点火起点到10%燃油燃烧，燃烧持续时间是指曲轴角度从10%燃料燃烧到90%燃料燃烧，如图44a，在以下情况下固定IT，当HVF从0，0变为10，0%时，点火延迟逐渐减少，尤其是在IT延迟时。

点火延迟现象随着HVF罐的增加而降低，从化学反应动力学的角度来解释，高分子汽油燃料中的HC不易在低温下点燃和燃烧阶段，下面对应于涉及的几个反应方程式在汽油氧化过程中的反应。

在上述反应中，RH表示烷烃，R，R•，和R••表示烷基自由基，RO2表示烷基过氧化部首，M表示第三个。

然而，当汽油发动机与氢气混合时，更多免费低温反应区产生的自由基H增加（如化学反应方程13所示），链式反应（如方程14-16）通过消耗自由基促进了自由基OH的形成H，这加速了氢汽油的氧化反应混合，从而减少点火延迟。

而且，在相同的HVF下，点火延迟先减少然后随着IT的进步而增加，这是因为点火延迟还受到温度和气缸压力的限制，因此当IT太早时，点火延迟略有增加，由于到气缸中相对较低的温度和压力。

至于燃烧持续时间，在固定的IT下缩短HVF的增加，并且随着进步在固定HVF处也缩短了的，然而，当HVF约为8，0%时，燃烧持续时间在IT早期时增加，这是因为抗爆震性混合物随着氢气的增加而改善，此外，随着IT的进步，部分燃料将在相对消耗低温低压级，从而降低自燃的尾气并延长燃烧持续时间。

燃烧事件必须相对于顶部中心正确分阶段活塞位置以获得最大功率或扭矩，CA50是也是评估发动机燃烧阶段的重要指标，不同IT和HVF下的CA50值显示在数字​图55，在给定的超额空气系数（1，0）和固定IT，CA50逐步推进随着HVF的兴起。

此外，对于固定HVF，CA50也很先进随着IT的兴起，这表明HVF的增加和先进的IT导致火焰发展的持续时间和传播过程要缩短，为了获得最佳的CA50阶段，IT的氢汽油发动机必须控制以获得不同HVF下的最大功率或扭矩。

高压频率对火焰传播的影响

研究使用氢汽油的汽油发动机的燃烧过程混合，对火焰传播进行3D场分析，在这项研究中，火焰前沿通过温度表征等值面，T=1700K，此外，IT是上止点（ATDC）后1°CA，用于不同的HVF，图6显示火焰不同曲柄下气缸中的发展和分布不同HVF下的角度，在点火的早期阶段，火焰中心在火花塞附近迅速形成，火焰中心扩散逐渐。

给定流场和分布的影响在未燃烧的混合物中，火焰前沿的形状是不规则的在不同的时间，需要注意的是，火焰传播的范围当HVF在相同的曲轴角度增加时逐渐增加，这意味着HVF的增加会加速火焰的传播，火焰传播模拟结果表明，氢添加剂可以加速燃烧和热量释放，这与中显示的结果非常吻合。

结论

本文中构建了3D发动机模型和燃烧模拟进行了氢气混合对GDI发动机的影响燃烧，主要结论如下：

增加HVF导致峰值气缸压力和峰值HRR增加，曲柄角度的峰值更接近TDC，当IT发展时，峰值压力和HRR不断增加，尽管氢汽油之间的差异汽油减少，在较低的HVF下，当IT推进时，敲门声增加，最大KI可以达到3，0MPa以上。

当IT迟到时，一个增加HVF从0%增加到10，0%，导致ITE是35°CAATDC，当IT太早时，越大HVF使ITE更低，在固定的HVF下，随着IT的发展，ITE先增加后减少。

仿真结果表明，当汽油发动机与氢气混合时，活性OH自由基浓度增加，燃烧过程加速，在固定IT的情况下，点火延迟随着HVF的增加而降低从0，0到10，0%，随着IT的进步，点火延迟逐渐减少，燃烧持续时间也表现出同样的趋势。

模拟CH2O、OH、火焰传播和筒体温度字段显示自燃的发生与CH一致2不同IT下的O消耗量和OH产生量，以及曲轴角的自燃发作也随着IT的进步而发展。