稀释条件下MILD燃烧与LTC策略在压燃式发动机中的关联机制研究

本研究针对高压条件下MILD燃烧定义的适用性问题，创新性地结合实验、SRM模拟和WSR建模方法，系统分析了n-heptane在理想化和发动机相关条件下的LTC策略。研究发现高压会降低自燃温度Tsi，而稀释和贫燃混合促进S曲线平坦化，但满足ΔTsi的MILD准则在高压下更具挑战性。该工作为发动机减排技术提供了重要理论支撑。

　　

在应对气候变化和环境挑战的背景下，燃烧技术的革新成为能源领域的重要课题。传统内燃机面临氮氧化物(NO_x)和颗粒物(PM)排放的双重压力，而低温燃烧(LTC)策略因其优异的排放特性备受关注。有趣的是，工业炉窑中广泛应用的适度与强烈低氧稀释(MILD)燃烧，与内燃机的LTC策略在特征上存在诸多相似，却鲜少被关联研究。这种"同名不同命"的现象背后，究竟隐藏着怎样的科学奥秘？挪威科技大学的研究团队在《Journal of the Energy Institute》发表的最新研究，为解开这个谜题提供了重要线索。

研究团队创新性地采用多尺度研究方法：通过实验获取基础数据，运用随机反应器模型(SRM)模拟真实发动机工况，结合搅拌反应器(WSR)理论分析，构建了从微观机理到宏观表现的研究体系。特别值得注意的是，研究选用n-heptane作为柴油替代燃料，采用Seidel等开发的包含349种组分和1983个反应的简化机理，在LOGEresearch v1.0软件平台上完成计算。实验部分使用改装单缸发动机，通过氮气稀释实现不同氧浓度(7%-21%)条件下的燃烧特性测试。

在WSR模拟部分，研究揭示了三个关键发现。首先是压力效应：30bar高压使甲烷的T_si降低200K以上，n-heptane在525K左右出现明显的低温氧化现象。其次是稀释影响：氧浓度低于8%时，S曲线趋于单调，符合MILD燃烧的数学定义。第三是当量比作用：φ=0.2的稀薄混合气使MILD区域显著扩大。这些发现通过T_in-X_O2相图得到直观展示。

发动机实验与SRM模拟的对比颇具启发性。PCCI模式下，12%氧浓度是进入LTC regime的临界点，此时NO_x排放降至100ppm以下。而HCCI模式展现出更强的稀释耐受性，在14%氧浓度时即实现低温燃烧。研究特别指出，HCCI的均质特性使其在相同稀释度下比PCCI降低更多NO_x排放，但燃烧效率下降更显著。通过校准WSR的停留时间为1.5ms，成功实现了SRM与WSR模型的温度场匹配。

在讨论部分，作者提出了两个颠覆性观点：一是高压环境会同时产生矛盾的效应——既降低T_si不利于满足ΔT<>_si准则，又促进S曲线平坦化有利于MILD状态形成；二是不同定义标准下的MILD临界氧浓度存在显著差异，如按式(1)标准为5.16%，而按式(2)标准则为1-2%。这些发现对完善燃烧理论体系具有重要价值。

这项研究的创新之处在于首次系统建立了MILD燃烧与LTC策略的理论桥梁，为内燃机清洁燃烧技术的发展提供了新思路。特别是提出的多尺度研究方法，实现了从基础燃烧理论到工程应用的完整链条。未来，结合不同燃料特性和更复杂边界条件的深入研究，有望进一步推动超低排放燃烧技术的突破。正如研究者所言："理解这些关联不仅具有学术意义，更能为下一代发动机设计提供关键指导。"