不同类型微火源对复合燃烧作用机制的辨识

缸内喷射少量二甲醚(DME)形成微火源引燃汽油复合燃烧,可以拓展汽油稀释燃烧的界限,进一步提高发动机的经济性.基于三维计算流体动力学(CFD)结合化学反应动力学模拟,分析了不同微引燃燃料缸内分布作用下初始自燃点的产生机制,为集聚型和离散型微火源的类型判定提供辨识依据.结果表明:微火源的形成受到局部温度和DME浓度的共同作用,离散型微火源主要受到局部温度的影响,而集聚型微火源主要受到DME局部浓度的影响.离散型微火源可以提高缸内整体活性,促进火焰传播与多点自燃;集聚型微火源可以引燃高稀释混合气.甲醛的净生成速率变化特征可用于定量识别不同类型的微火源,判别依据为:在过渡阶段缸内甲醛质量变化不超过最大质量的10%,且甲醛净生成速率的导数存在多个0点,表明高浓度甲醛分布区域快速消耗与低温区域甲醛生成过程共同进行.     

DME分布特征对微火源引燃汽油混合燃烧过程的影响

为研究二甲醚(DME)分布特征对混合燃烧的控制问题,构建了Frossling Drop Evaporation模型耦合Boiling模型,用以模拟DME蒸发过程.定容燃烧弹实验结果表明,该模型可以较准确预测DME油束贯穿距、喷雾形态.应用三维CFD数值仿真手段,分析了不同喷油时刻对DME分布及燃烧过程的影响.结果表明,早喷工况DME呈现离散型分布特征,火核发展期DME与PRF同步消耗,呈现多点自燃顺序放热特征;晚喷工况DME呈现集聚型分布特征,燃烧初期DME消耗量达75%,高度集聚的DME发挥高能点火源的作用,放热过程呈现双峰特征.基于DME分布特征的控制可以实现对微引燃汽油混合燃烧过程的调控.     

采用高能点火的均质稀薄燃烧汽油机试验

均质稀薄燃烧能够有效提高汽油机热效率,而高能点火可以提高汽油机的燃烧速度,是实现均质稀薄燃烧的有效技术途径.通过一台单缸汽油机分别研究了普通火花点火和高能点火对均质稀薄燃烧过程的影响,分析了两者燃油经济性、燃烧特性以及NOx排放特性的差异,结果表明:相比于普通火花点火,高能点火能够有效拓宽汽油机均质稀薄燃烧的空燃比极限;采用高能点火系统A可以实现过量空气系数φa为1.65的均质稀薄燃烧,指示燃油消耗率(ISFC)最低达到184.0 g/(kW·h);采用点火能量更高的高能点火系统B可以实现φa为1.94的均质超稀薄燃烧,指示燃油消耗率最低达到180.7 g/(kW·h),对应的指示热效率为48.2%;将φa进一步提升至2.00时,NO_x原始排放将降至188×10~(-6),但受限于燃烧过程恶化,此时ISFC将增加至185.3 g/(kW·h).     

直喷二甲醚对稀汽油混合气燃烧过程影响的研究

在一台四冲程单缸汽油机上,通过缸内直喷二甲醚(DME)实现了空气稀释汽油混合气的稳定燃烧。研究结果表明:在1 500r/min下,固定循环燃油热值时,直喷DME可以降低汽油机稀燃下的循环变动,加速初期火焰发展速度,缩短燃烧持续期,提高汽油稀燃稳定燃烧的过量空气系数上限。稀燃和直喷DME相结合可以改善发动机在稀燃下的燃油经济性。与理论空燃比混合气相比,稀燃能使指示燃油消耗率最多降低11.7%。改变点火时刻和直喷DME比例能实现不同过量空气系数下的最佳燃烧相位。随着过量空气系数的增加,最佳放热中心相位提前。     

喷油策略对分层火焰引燃混合燃烧影响的研究

通过一台单缸汽油机,采用进气道喷射(PFI)和缸内直喷(DI)实现燃油分层,结合火花点火实现分层火焰引燃(SFI)混合燃烧,探索了点火时刻、直喷比例和直喷时刻对SFI混合燃烧特性的影响.结果表明:点火时刻直接影响前期火焰传播放热过程,进而实现对后期放热过程的有效控制,而直喷比例和直喷时刻则直接影响缸内燃油分布,进而影响SFI燃烧特性.点火时刻提前,使火焰传播阶段的平均放热速率增加,自燃始点提前;直喷比例增加,可以提升前期火焰传播阶段的平均放热速率,但是后期自燃阶段的平均放热速率呈先增加后减小趋势;直喷时刻为上止点前60°,CA时,火焰传播阶段和自燃阶段的平均放热速率都达到最高,但此时的传热损失也最大.通过优化直喷比例和直喷时刻,可以实现燃油经济性的提升,在转速为1,500,r/min、平均指示压力(IMEP)约为0.7,MPa工况下,优化后的SFI混合燃烧相比于纯均质混合气稀释燃烧,指示热效率可以提升7.4%,.     

复合稀释燃烧汽油机分层火焰特征

SI-CAI复合燃烧是一种双阶段放热的稀释燃烧方式,可以提升点燃式发动机的热效率.但是其前期的稀释火焰易产生明显的放热量波动,进而导致后期自燃过程失稳.分层火焰引燃策略(stratifiedflame ignition,SFI)尝试利用浓混合气火焰传播速度快的特点,抑制复合燃烧前期火焰传播的不稳定性.但是,复合燃烧通常会采用高压缩比提高温度并同时采用高稀释策略控制放热速度,其前期火焰特征与传统稀释火焰存在区别,为此,本研究通过光学实验分析复合燃烧高温和高稀释背景条件下的火焰特征.结果显示:在废气稀释条件下,浓混合气相对于稀混合气,火焰传播速度下降较少,分层火焰引燃策略具有可实现性,但废气分布的不均匀会导致火焰传播速度的各向异性.缸内温度的升高有助于加速稀释火焰,在高温、高稀释和浓混合气综合作用下,稀释火焰锋面前会出现少量自燃点,并逐渐与主火焰融合,从而提升火焰在局部方向上的传播速度,改善放热稳定性.     

煤粉气流强迫点火特性试验研究

在一座小型煤粉燃烧试验台上,对不同条件下,两种煤粉气流的强迫点火特性进行了试验研究。结果表明,用火炬引燃煤粉气流,存在一个对应于最低煤粉浓度的最佳点燃速度;煤粉气流的着火界限主要受初始温度、点火源温度、煤种和煤粉细度的影响;提高煤粉气流的初始温度、点火源温度和煤粉细度均可使着火范围变宽,挥发份含量高的煤种点火容易。在相同条件下,直流煤粉气流比旋转煤粉气流容易点燃。     

火花点火发动机实现稀薄燃烧的技术措施

本文介绍了火花点火发动机稀薄燃烧的特点及实现稀薄燃烧所采用的关键技术措施，文章指出：实现稀薄燃烧是提高车用火花点火发动机的经济性和改善排放性能的重要途径。     

火花点火对CAI燃烧过程的影响

CAI燃烧具有高效节能和低NOx的优点,但CAI燃烧也存在燃烧始点和放热率难以控制的难点。通过添加火花点火的方法,在缸内制造热点,产生有助于CAI燃烧的着火条件,从而达到了控制CAI燃烧始点的目的。试验表明,在添加火花点火后,着火滞燃期明显缩短,CAI着火及燃烧更稳定,并对经济性有一定改善。火化辅助点火也有利于CAI运行范围向更低负荷方向拓展。因此,火花点火可以作为控制CAI燃烧的一种辅助手段。     

基于快速压缩机的预燃室式射流点火试验

为分析预燃室式射流点火的燃烧过程,通过全燃烧场可视的快速压缩机(RCM),采用同步压力传感和高速摄影方法,对单孔内置式预燃室进行了变工况试验,并在相同条件下与传统火花点火对比,结果表明:预燃室式射流点火能够大幅促进点火,并加速燃烧.与传统火花点火相比,预燃室式射流点火的滞燃期缩短比例可达40%,以上,且随负荷增加而提高;明显燃烧期比典型火焰传播燃烧可缩短60%,至70%,.火花点火引起的火焰传播速度与负荷无明显关系,而射流火焰发展速度随负荷增加而提高,各负荷下均为火焰传播速度的15倍以上,最高速度超过50,m/s,垂直于射流喷射方向的火焰发展也快于火焰传播.射流火焰在主燃室内由近喷口处的细长火舌和远端由火舌发展而成的类柱状火焰组成.预燃室对其内部的初始火焰发展具有明显促进作用,其内部的平均火焰发展速度高于传统火花点火火焰传播速度的2倍.     

离散分布多火源燃烧速率计算模型研究

针对可燃物离散分布燃烧现象,基于外加辐射热流对火源燃烧速率的增长理论,考虑离散可燃物燃烧时环境气压对燃烧速率增长系数k的影响,提出针对任意离散分布火源i的修正无量纲增长系数K_i,K_i值与离散分布条件(火源中心间距D和火源数目n~2)有关,建立了离散火源燃烧速率计算模型.根据离散多火源自由燃烧燃尽时间数据获得Ki经验式,对比分析多种离散分布条件下各火源燃烧速率的模型计算值和实验值,结果表明,该计算模型结果比较合理.     

不同过量空气系数下射流点火发动机燃烧、排放和爆震特性的试验研究

基于单缸试验机研究了过量空气系数对射流点火发动机性能的影响。通过分析发动机性能曲线、缸内燃烧情况及爆震特性探究射流点火最佳运行区间,并与火花点火燃烧方式进行对比。结果表明,射流点火可以有效提升瞬时放热率并拓展发动机稀燃极限,缩短缸内混合气滞燃期与燃烧持续期,同时燃油经济性有一定提升。在稀燃条件下氮氧化物排放极低。爆震方面,随着点火提前角增大,射流火焰的多点点火效应会在缸内产生明显压力震荡,继续增大点火提前角会诱导末端混合气自燃。因此射流点火爆震缸压表现为两阶段压力震荡,爆震因子集中性高。提升过量空气系数可以降低射流点火爆震因子幅值,使发动机工作在轻微爆震或无爆震状态。     

DME-PRF混合燃料化学动力学简化机理

使用二甲醚燃料微引燃汽油混合燃烧过程可以改善汽油高稀释燃烧的可控性,并进一步改进其热效率.为了从机理上研究微引燃混合燃烧过程,构建了一个可以兼顾不同DME-PRF掺混比例的化学反应动力学简化模型.通过层级扩展的方式,从CO/H2内核基团的反应开始,在此基础上逐步加入C1~C3过渡反应机理模块,以及C4~C7/C8的PRF子机理和DME子机理模块.最终得到一个包含79种组分267个基元反应的多组分替代燃料简化机理.激波管实验验证结果表明,该机理可以较准确地预测不同温度、压力、当量比下单一燃料和混合燃料的着火延迟;发动机实验证明,该机理对于着火相位和放热率有着不错的预测效果.     

关于火花点火发动机预混燃烧若干问题的研究进展

围绕降低火花点火发动机的有害排放和提高其经济性，内燃机工作者对火花点发动机的燃烧进行了大量的基础研究工作。本文对其中若干问题的研究现状与动态进行了综述，以期对火花点火发动机预混燃烧的基础研究有一个最基本的了解。     

沼气发动机快速燃烧系统试验研究

从分析沼气燃烧特点出发,提出改善火花点火式沼气发动机性能的快速燃烧方法,并开发出具有风扇形燃烧室的新型快速燃烧系统。该燃烧系统在快速压缩膨胀装置上进行模拟,并在2135沼气发动机上进行实机试验,结果表明：风扇形燃烧室对加快混合气燃烧速度,改善沼气发动机中的燃烧过程有明显的效果;新型燃烧系统对改善火花点火式沼气发动机可靠性与经济性具有明显的效果。     

高压缩比射流点火天然气发动机燃烧及排放特性

采用一维仿真,预测并分析了压缩比对射流点火天然气发动机烧特性规律,进一步结合台架试验研究了高压缩比下采用不同稀释策略时射流点火天然气发动机的燃烧及排放特性.结果表明:压缩比提升至17.0时,燃烧初期放热迅速,滞燃期缩短,燃烧持续期显著增加;采用纯空气稀释时,燃烧效率提高,热效率提升小于1％;CO、NOx排放增加,HC排...     

火花点火对缸内直喷汽油机HCCI燃烧的影响

实现汽油机均质混合气压燃(HCCI)的难点是着火控制。在缸内直喷汽油机上实现了HCCI燃烧,研究了火花点火对HCCI燃烧特性的影响。结果表明,HCCI燃烧方式较火花点火(SI)火焰传播燃烧方式放热速率快,热效率高,NOx大幅度降低。在HCCI临界状态时,火花点火有助于提高燃烧稳定性,抑制失火和爆燃,降低循环波动;当火花点火时缸内温度远超过临界着火温度时,火花点火对HCCI燃烧影响不大。火花点火在SI／HCCI燃烧模式切换工况时,能提高瞬态过渡平顺性。     

PODE_n-天然气双燃料的燃烧和排放特性研究

天然气双燃料模式与火花点火模式相比,可以获得更高的热效率,但存在小负荷工况下总碳氢化合物(THC)、CO排放较高,大负荷工况下燃烧粗暴、天然气替代率不足等问题.聚甲氧基二甲醚(PODE_n)是一种高十六烷值、高含氧质量分数的煤基燃料,笔者尝试用其替代柴油引燃天然气,以改善柴油引燃天然气燃烧不完全的问题.结果表明:PODE_n引燃天然气可以使THC、CO排放明显降低,获得较高的热效率,同时可以获得较低的颗粒物(PM)和NO_x排放,证明PODE_n是一种更加适用于天然气双燃料燃烧模式的引燃燃料.     

热裂解生物质气发动机燃烧特性试验

利用农林废弃物可控热裂解产生的生物质气作为火花点火发动机的燃料,测最火花点火生物质气发动机的示功图,分析了生物质气的燃烧放热特性.试验结果表明:发动机怠速点火性能较好,小功率时放热速度较慢,大功率时燃烧速度较快,燃烧较充分;火焰发展期随点火提前角的增大而变长,燃烧相位角随点火提前角、负荷的增大而提前,速燃期随负荷的增加、点火提前角的增大逐渐缩短;生物质气中的氢含量加快了生物质气发动机的燃烧速度.     

燃用甲醇非直喷式柴油机的新燃烧系统

<正> 约束初期燃烧,促进扩散燃烧和减小周期燃烧要化对于改善烧甲醇非直喷式些油机的燃料经济性、减小其唐废排放和降低其噪声乃至为重要。为了评价发动机性能与燃烧特性,作者在一台高速柴油机(使用涡流式燃烧室、缸径82.5mm、行程92mm的单缸机)上,用火花辅助法、电热辅助法和柴油引燃喷射法等点火系统对甲醇燃料的燃烧进行了仔细的研究。