辅助火花点火对DME微引燃汽油稀释复合燃烧的影响

DME(dimethylether,二甲醚)微引燃汽油稀释复合燃烧模式,可以实现汽油机高效低温燃烧.但是在DME总热值比受限条件下,废气稀释存在极限条件,限制了经济性的进一步提升.为提高稀释燃烧经济性,采用火花点火可以提升集聚型DME微引燃相对燃烧速度,可以提高离散型DME微引燃绝对燃烧速度.研究结果表明:火花点火对两种微火源引燃都具有促进作用,在离散型微火源策略中采用火花点火对经济性提升更明显,相对于火花点火辅助集聚型微引燃可提高3.88%.     

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.     

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.     

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%,.     

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。     

论DME燃烧与微量污染物生成机理研究

回顾了直喷式柴油机燃用清洁代用燃料二甲醚（DME）的燃烧与污染物生成机理的研究情况。结合DME高温热解、高温氧化以及低温自燃着火过程研究现状的讨论,着重阐述了DME发动机尾气中甲酸甲酯、蚁酸、甲醛等微量污染排放物的生成机理。论述了在DME燃烧中蚁酸与NOx之间的相互作用及其对低NOx排放的影响。     

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.     

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.     

高辛烷值燃料压燃燃烧醛类物质的缸内取样

在Ricardo单缸4冲程发动机上利用GDI喷油器改装的缸内取样系统及2,4-二硝基苯肼(DNPH)衍生化法和高效液相色谱技术,研究了热废气状态下高辛烷值燃料甲醇和汽油均质压缩燃烧低温氧化过程中醛类物质的体积分数变化历程.结果表明,甲醇及汽油热废气中均含有一定量的甲醛、乙醛及微量的丙醛、丁醛和异戊醛.在压缩过程中,甲醛和乙醛体积分数均呈现先下降后增加的趋势,即在反应过程中先被消耗促进缸内燃料低温氧化反应的进行,随后在大量燃料被氧化过程中再次生成.由于甲醛反应机理历程的不同,相同负荷工况下甲醇热废气中的甲醛含量明显高于汽油燃料,是甲醇燃烧时刻早于汽油的原因之一.     

热分层对HCCI燃烧过程的影响

在一台经改装的单缸光学发动机上进行不同热分层下均质压燃燃烧过程实验研究.保证每循环供油量一定,燃料为正庚烷,转速为600 r/min,进气压力为0.1 MPa,进气温度分别为95℃和125℃;循环冷却水温度分别为55℃、65℃和85℃.研究结果表明,冷却水温度和进气温度的变化,改变了缸内温度分布,对HCCI这种受控于化学反应动力学的燃烧过程有很大影响,引起微弱自燃着火、局部燃烧淬熄和相对均匀燃烧等不同燃烧过程;缸内热分层越大,自燃着火传播速度越慢,燃烧的不均匀性越大;增大缸内热分层,可以降低燃烧反应速率,具有拓宽HCCI运转工况范围的潜力.     

基于FGM模型的同轴射流非预混火焰大涡模拟

采用直接数值模拟方法对二甲醚(Dimethyl Ether,DME)射流推举燃烧进行了研究（DNS）,分析了DME射流推举火焰结构、燃烧模式和推举稳定机理。数值模拟工况条件为：燃料由狭缝射出,初始温度500 K,射流速度138 m/s;伴流空气的初始温度1 000 K,流速3 m/s,压力为0506 6 MPa。研究表明：DME射流推举火焰与传统的边火焰有很大不同,在射流核心区内存在1条低温放热分支以及紧随其后的中温着火分支,并且推举稳定点位于贫燃侧;DME湍流射流推举火焰包含冷焰反应区(Cool Flame Zone,CFZ)、中温反应区(Intermediate Temperature Zone,ITZ)、富燃高温区(High Temperature Rich Burn Zone,HTR)以及贫燃高温区(High Temperature Lean Burn Zone,HTL)4种模式;在CFZ与ITZ区内湍流混合占主导,并且湍流混合会抑制低温放热;在HTR与HTL区内放热速率占主导地位,但是湍流会显著增强超贫燃区间内的高温放热速率;大部分热量在HTL和HTR区产生,而CFZ和ITZ区对总体产热的贡献微乎其微,但是所产生的中低温组分加快了高温着火过程;射流推举稳定性由贫燃侧的高温自着火反应机制所控制。     

二甲醚湍流射流推举火焰的燃烧机理研究

对长、宽、高为650 mm×400 mm×12 mm的半闭口狭窄矩形通道（海伦-肖装置）内的甲烷/空气层流预混火焰传播过程进行了实验研究,探究当量比φ在0.6~1.2范围内、火焰传播角度ω在垂直向下-90°至垂直向上90°区间对火焰前锋轮廓发展及非标准层流火焰速度的影响。结果表明：火焰在通道内的传播分为热膨胀、准稳态传播和端壁效应3个阶段,每个阶段具有各自不同的前锋轮廓特征。由于瑞利-泰勒不稳定性机制的作用,所有当量比工况下向上传播的火焰均在准稳态传播阶段中呈现出明显的锋面褶皱与胞状结构;对向下传播的火焰而言,其在贫燃工况（φ为0.6,0.8）下的胞状不稳定性得到了有效抑制,而在当量比φ=1.0及富燃工况（φ=1.2）下,该稳定性效应并不显著。火焰瞬时速度与标准层流速度的比值Ui/UL,在φ=0.6的极贫燃工况与其他当量比工况下展现出明显不同的发展特性,极贫燃工况火焰向上传播时（ω=90°）,Ui/UL随着传播过程的进行一直增大,直到火焰触碰壁面末端熄灭,整个过程Ui/UL与火焰传播方向呈正相关关系;而对于其他当量比工况,Ui/UL在传播过程中均先升高后下降,火焰触碰壁面末端熄灭前其值趋于稳定,其平均速度与标准层流速度的比值Ua/UL在水平传播（ω=0°）时达到最大值。     

Flame stretch analysis in diffusion flames with inert gas

1niwtonInveshgations to enhance combushon efficiencyhave been irnportan in the past decad. Most of theimProvementS were coneennd on bog thendulent fluctUations and flow intensihes. The jettodetboinging setup is widely used in rocke engines withseif ignition proPellantS. The pUrPOse of thes reseaxC istO examine the imPinging effeCt on the jet-imPingementdiffesion flame.Two asPeCs of the twinging flame, jetboingeInen heating and combushon enhaneement havebeen inveshgatal. Milson and Chig…     

Investigation of impinging diffusion flames with inert gas

Experimental investigations on impinging diffusion flames mixing with inert gas were conducted. The combustion results and temperature measurements show that the non-reactive gas might dilute the local fuel concentration in the diffusion process. The shape of the column flame was symmetrical due to the flame stretch force. The results showed that a conical flame was changed by the addition of inert gas to the pure methane fuel. The weakening of the stretch boundary enhanced the mixing rate between the fuel and oxidizer, which would improve the fluctuation phenomenon. The impinging flame became shorter and bluer so the combustor size can be reduced. Nitrogen gas has the advantage that we can visualize the impinging mechanism with different gases in the impinging flame. The color in the mixing plane becomes blue and transparent. The penetration length is about 8 mm near the impinging point for Re=145.     

二甲醚HCCI发动机污染物排放的气相色谱试验研究

在对配有氢火焰离子化检测器的气相色谱仪的分离柱温、载气流速、气化室温度和检测器温度等工作条件进行优化的基础上,采用外标法,经色谱工作站绘制出甲醛和甲酸甲酯的工作标准曲线,继而对二甲醚均质压燃发动机的常规排放物、甲醛和甲酸甲酯排放进行了检测。试验结果表明,二甲醚均质压燃发动机可在较窄的工况范围内运转,其燃烧温度较低,排气温度仅在120～220℃的较低范围内变化,NOx和碳烟可达到零排放水平,随着负荷的增加,CO2排放增加,CO和HC的排放减少;甲醛和甲酸甲酯作为不完全燃烧产物存在于排气中,二者的排放量随着负荷或转速的增加而减少。     

二甲醚发动机湍流燃烧模型的研究

根据二甲醚发动机燃烧过程的特点，提出一种湍流燃烧模型。该模型在传统化学动力学模型的基础上，增加了拟序火焰片湍流燃烧模型以考虑湍流对燃烧的促进作用。数值模拟表明，二甲醚在发动机中油束贯穿度比柴油短；油孔附近的油束上边缘处具有合适的燃料浓度和较高温度，最先发生自燃；在扩散燃烧时燃料与空气混合速度慢，燃烧速度慢，持续时间长。计算结果与试验观察基本相符。     

二甲基醚(DME)碰壁喷雾特性和燃烧特性试验研究

用阴影法和火焰直接成像法对二甲基醚（DME）碰壁喷雾特性和燃烧特性进行了试验研究。研究结果表明，二甲基醚碰壁后沿壁面发展特性与柴油极为相似，即沿壁面径向扩散，形成油雾的爬壁现象，二甲基醚沿壁面发展速度比柴油慢，但碰壁后的反弹量比柴油多；加热条件下二甲基醚碰壁试验研究表明，热碰壁沿壁面的发展速度比冷碰壁快，反弹量比冷碰壁多。在平板上方有一个明显的浓度梯度变化区域，碰壁后期在平板与燃烧室壁面存在一个二甲基醚浓度高的三角区域。二甲基醚碰壁对燃烧滞燃期影响不大，但着火位置造近壁面，大部分的二甲基醚都是着壁之后燃烧，并且燃烧火焰在高浓度的三角区域持续较长时间，因而碰壁燃烧持续期略有延长，与柴油相比，二甲基醚燃烧火焰几乎经过整个壁面上部燃烧室的区域，火焰经过的面积大。     

二甲基醚/天然气双燃料均质压燃过程详细化学反应动力学数值模拟研究(Ⅰ)--二甲基醚反应机理研究

应用零维详细化学反应动力学模型对二甲基醚均质压燃燃烧反应机理进行了数值模拟研究。结果表明二甲基醚放热反应为典型的双阶段放热反应，经历低温反应、负温度系数区域和高温反应三个过程．高温反应又分为蓝焰和热焰两个阶段。二甲基醚自燃着火由过氧化氢(H2O2)分解所控制，甲醛(CH2O)是过氧化氢的主要来源。基于化学敏感性分析．得到了均质压燃二甲基醚反应的主要途径：首先是二甲基醚脱氢，经过两次加氧后得到甲醛基；然后生成甲酸基(HCO)；最后生成一氧化碳(CO)。在二甲基醚的氧化反应过程中，氢氧根(OH)发挥着重要的作用，它是二甲基醚脱氢反应和CO氧化过程中的主要自由基。     

柴油机双燃料复合燃烧的最佳运行范围研究

通过在进气过程中加入容易汽化的燃料与空气形成一定浓度的预混合气进入燃烧室，利用压燃喷入的柴油形成着火源向整个燃烧室传播，以完成燃烧过程的部分预混双燃料燃烧模式可能是减少柴油机碳烟排放的有效措施。而在该燃烧方案中过低的预混浓度可因火焰无法传播到整个燃烧室而增加HC排放，在保持柴油机压缩比的条件下，过高的预混合气浓度可能使燃烧最高温度上升而对NOx排放不利，甚至在柴油喷入前压燃预混合气而发生爆震。燃烧模式的改变对CO排放水平的影响也可能不利；因此，确定双燃料的最佳运行范围是建立双燃料过程控制的基础，介绍了以液化气和柴油形成双燃料系统时的最佳运行范围的初步研究结果。     

二甲基醚（DME）燃烧特性研究

作者在定容燃烧弹上用火焰直接成像法研究二甲基醚 (DME)燃烧过程 ,研究了 DME的滞燃期和火焰传播特性以及不同环境温度和压力对燃烧过程的影响。研究结果表明 ,DME的滞燃期比柴油短 ,燃烧室内的温度和压力升高时 ,滞燃期缩短 ;DME的着火位置靠近喷嘴一侧 ,柴油与 DME的体积相同时 ,DME的燃烧持续期比柴油短 ;DME的燃烧火焰亮度比柴油小 ,表明 DME的燃烧温度比柴油低。燃烧后期 ,燃用 DME时 ,喷嘴有明显的泄漏现象。此外 ,作者在单缸直喷式柴油机上进行了燃用 DME的燃烧特性试验研究 ,研究结果表明 ,DME的预混合燃烧放热率比柴油低 ,缸内最大爆发压力和最大压力升高率比柴油低。由于喷油持续期延长 ,DME的燃烧持续期比柴油长 ,在上止点后 80° CA出现一个较大的放热峰值。