随着石油资源的逐渐枯竭和环境污染的日益加剧,具有清洁、可再生性等特点的生物质能源在近年来受到了更广泛的关注。在多种生物质能利用方式中,生物质气化得到生物质气体,然后将其用作内燃机的燃料有很好的开发应用前景。国内外对生物质气发动机的研究开展较晚,已有的研究成果主要关注生物质气发动机的结构改型和试验分析,没有从化学动力学的角度深入分析生物质气的缸内燃烧过程,对生物质气发动机的燃烧及排放特性研究不够深入。本文首先从化学动力学的角度,研究生物质气的化学反应机理,运用敏感性分析方法对GRI-Mech 3.0机理进行简化计算,得到一套包含27种组分、54步基元反应的适用于生物质气燃烧模拟的简化机理。将简化机理的计算结果分别与GRI机理模拟结果和试验结果对比,验证了该简化机理的准确性。然后将化学反应机理与三维计算流体动力学软件耦合,构建生物质气发动机燃烧模拟平台,计算生物质气的缸内燃烧过程,分析点火提前角、当量比、初始温度、压缩比、燃料组分等参数对发动机燃烧及排放的影响。生物质气发动机整体燃烧过程分为明显的着火落后期、明显燃烧期和后燃期三个阶段。在明显燃烧期内混合气发生快速的燃烧放热反应,放热率呈现明显的“双峰值现象”。生物质气发动机的主要污染物是CO和NO,CO的排放与初始混合气中CO的含量和缸内是否发生完全氧化反应有关,NO的排放与缸内整体温度水平密切相关。增大生物质气发动机的点火提前角,采用化学计量比混合气,提高缸内混合气的初始温度,增大发动机压缩比,增加生物质气体中CH₄、CO和H₂等可燃成分的含量等措施可以提高生物质气发动机缸内整体的温度压力水平,提升发动机动力性能,减少CO的排放,但会使NO排放显著增加,不利于清洁燃烧。增加生物质气中CO₂等惰性成分的含量,虽然会降低发动机动力性能,增加CO的排放量,但会使NO的排放明显降低。