科创中国

开发基于“油机匹配”的燃油设计方法是更好地满足内燃机性能及细分市场对燃油个性化需求的关键技术，成为当前石化油品行业的迫切需求。基于此，本项目将开展基于模型的高性能燃油设计方法开发及验证研究，开发基于燃料组分、分子结构和官能团等基础特征参数的燃料理化特性预测模型，建立燃料组分及组成与燃料重要理化特性间的内在关系；构建基于燃料理化特性的内燃机关键燃烧特性参数及性能预测模型，建立燃料特性与发动机性能之间的映射关系；基于上述模型，提出从发动机燃烧和性能到燃料特性需求进一步到目标组分设计的高性能燃油设计新方法，并结合石化油品行业燃油开发要求和内燃机燃烧过程组织需要，设计开发几种高性能燃油并进行发动机试验验证，达到改善发动机性能的目标。本研究将为石化油品行业高性能燃油的高效开发提供重要和有效的方法指导，对提升内燃机实际使用性能从而更好地实现节能、降碳、减排具有重要的现实意义。

当前油品行业还缺乏既可满足燃油开发高效率、低成本、高质量要求，同时又能适应内燃机燃烧要求尤其是细分市场下个性化需求的高效和可行的燃油设计方法，为此，本项目将开发一个从发动机燃烧和性能到燃料特性需求进一步到目标组分设计的“油机匹配”高性能燃油设计新方法，为油品行业燃油开发提供指导和借鉴。本项目特色和创新之处主要体现在：1. 提出基于燃油组分及其分子结构、典型官能团及位置、碳氢比等基础特征参数的燃料理化特性预测方法，开发适用于复杂组分燃料的理化特性预测模型；2. 探明燃料关键理化特性对内燃机燃烧特性及性能、排放的影响规律，构建基于燃料理化特性的内燃机重要燃烧特性参数及性能预测模型；3. 以燃料理化特性和燃烧特性预测模型为基础，构建内燃机性能与燃料组分特征之间的映射关系，开发基于模型的“油机匹配”高性能燃油设计新方法。

本项目是立足于内燃机节能、降碳、减排的发展方向及其石化油品行业高品质燃油开发的迫切需求，基于申请人在内燃机先进燃烧技术及燃料与燃烧的协同作用机制方面系统深入研究的基础上提出的，与当前油品开发的方向和要求紧密契合，理论上是可行的。同时，申请人团队在研究平台、研究基础、研究方法方面也可为本项目研究提供很好的保障。

课题组有教授/研究员4人（长江/杰青1人、国家级青年人才2人）、副教授3人（国家级青年人才1人）、在读博士/硕士研究生60余人，是本项目研究的坚强后盾。项目组成员包括教授/研究员3人（其中国家级青年人才2人）、博士研究生和硕士研究生各2人，研究方向主要涉及内燃机燃料、燃烧及数值模拟，项目组成员研究方向与本项目高度契合。

在燃油理化特性测试方面，一方面团队已获批准包括粘度、密度、馏程等的燃料特性测试仪器，可用于一些必要的燃料理化特性参数补充测试；另一方面，团队与京博、中石化等油品企业具有良好的合作关系，也可为本项目燃料理化特性测试和获取提供支持。

在数值模拟方面，团队拥有高性能机架式计算服务器节点30余个，同时与国家超级计算天津中心签订了天河一号超级计算机租赁使用协议，有足够的计算资源保证本项目研究工作的顺利开展。同时，具备Chemkin、Converge、OpenFOAM、BP neural network（BP）和Genetic Algorithm（GA）等化学动力学、CFD模拟软件和数学模型，可用于复杂燃料理化特性和发动机燃烧特性预测模型研究及高性能燃油开发展开数值模拟研究。

在光学诊断方面，团队拥有光学发动机可视化诊断平台、高温高压定容燃烧装置、ICCD探测器、光谱仪、超高速摄像机、气相色谱-质谱联用仪、低温氧化装置等燃烧诊断平台和仪器设备，可用于本项目不同理化特性燃料的燃烧特征参数测试。

在发动机台架试验方面，团队具备参数灵活可变的单缸发动机和先进的多缸发动机及燃烧分析、性能和排放测试仪器设备。单缸发动机可灵活控制燃烧边界条件，从而研究不同燃烧组织特征下燃料特性的影响规律；多缸发动机是目前国内最先进的发动机平台，其升功率、爆发压力和燃油系统、空气系统等都处于国内领先水平，应用该发动机台架可进一步评估在当前先进发动机边界条件下燃料特性的影响及燃油与燃烧的协同优化，并对设计的高性能燃油进行验证。

本项目围绕基于燃油组分及其分子基础特征参数的燃料理化特性预测模型、基于燃料特性的内燃机燃烧与性能预测模型以及基于模型的高性能燃油设计方法及验证，采用数值模拟、光学诊断和台架试验的方法开展研究。