激光剪切干涉高速摄影技术在火花点火发动要燃烧过程中的应用研究

将激光剪切进干涉高速摄影技术用于火花点火发动机燃烧过程的研究,拍摄到发动机整个燃烧室内火焰的连续剪切干涉图象。通过图象处理,定量得到燃烧过程中不同曲轴转角时的气缸内温度场,精度较高。     

用剪切干涉高速摄影法测量内燃机缸内温度场的实验研究

建立了一套用于火花点火发动机缸内燃烧研究的剪切干涉及高速摄影实验装置。利用图像处理系统对拍摄到的燃烧干涉图像进行处理 ,可以定量得到燃烧过程气缸内的温度场 ,并可估算出火焰传播速度。从温度场可以看出 ,在燃烧过程中缸内大致可以分为 3个区域 ,即已燃区、未燃区和燃烧区。燃烧区的温度最高 ,温度梯度大 ;已燃区的温度次之 ,梯度较小 ;未燃区的温度最低 ,但梯度较大。在燃烧过程中 ,缸内的火焰面以近似球面向未燃区推进 ,火焰传播速度开始较小 ,随着燃烧过程的进行而迅速增大 ,达到一最大值后 ,逐渐减小 ,直至燃遍整个燃烧室。剪切量是影响缸内燃烧温度测量精度的一个重要因素 :剪切量大 ,则干涉条纹密集 ,测量精度高 ,但图像处理工作量大 ,适用于温度梯度大的温度场的测量 ;剪切量小则相反。     

内燃机燃烧压力振荡对燃烧过程影响的模拟研究

结合可视化发动机、高速摄影和激光剪切干涉测量设备拍摄的燃烧过程照片和获得的燃烧二维温度场,建立了燃烧室空腔模型,并将空腔声学模型划分为未燃区和已燃区,通过空腔声模态和瞬态响应研究,获得了燃烧室空腔在多点激励下的声场变化情况,结果表明,燃烧室空腔在多点激励下在未燃区产生局部压力集中现象,燃烧压力振荡可能是引起燃烧过程未燃区出现局部自燃现象的根本原因。     

某款当量燃烧天然气发动机活塞设计

分析了天然气发动机的燃烧特点及影响燃烧的活塞参数,对比了活塞燃烧室形状对气缸内流动的影响.针对某一款天然气发动机介绍了不同方案的活塞设计过程,并搭建台架对3种活塞方案进行对比,活塞方案确认后对发动机燃烧性能和活塞可靠性进行了确认.     

基于并行计算的二次喷射式HCCI汽油机的三维数值模拟

建立了缸内直喷HCCI汽油机带进、排气道的燃烧系统的三维工作过程循环数值模型,实现了HCCI发动机包括进气、压缩、燃烧、膨胀和排气工作过程的三维循环模拟并进行了验证.首先基于并行计算进行了不同当量比(负荷)工况下HCCI发动机缸内过程的对比分析,研究了负荷对HCCI发动机着火、燃烧和排放的影响.进而模拟了缸内直喷二次喷射的HCCI发动机循环工作过程,解析了HCCI发动机着火燃烧和排放过程,揭示了HCCI发动机缸内直喷二次喷射控制着火的规律.计算结果有助于对HCCI燃烧过程的深入理解,为HCCI发动机燃烧过程的优化提供了依据.     

点燃式CNG发动机燃烧系统的优化

在开发某CNG发动机的过程中,发动机出现了进气回火、排气放炮等性能不稳定现象.本文借助CFD软件模拟缸内流动与燃烧,对燃烧室结构进行了优化改进设计,对比了改进前后两种燃烧室内混合气燃烧和流动情况,分析造成两种燃烧室内燃烧差异的原因.通过分析对比湍动能、火焰传播与形成过程的差异诠释了原燃烧室产生回火放炮的原因.优化改进设计的燃烧室不仅有效解决了进气回火、排气放炮问题,还使发动机的转矩、功率比原来有所提高,同时燃料消耗率显著降低.     

耦合动力学的微发动机燃烧过程研究

基于丙烷燃烧化学动力学机理并考虑传热、漏气过程对微型自由活塞发动机均质充量压缩燃烧(HC-CI)过程进行数值模拟研究,结合Star-CD/Kinetics软件实现了自由活塞运动与燃烧过程耦合的计算方法,在此基础上,详细研究了不同参数下微型发动机燃烧过程压力、温度的变化规律,探讨了微发动机循环过程中传热损失和混合气泄漏对微尺度燃烧过程的影响,研究结果表明:当量比、压缩比和自由活塞频率显著影响微发动机燃烧过程,传热损失对微HCCI自由活塞发动机燃烧过程的影响不大,而混合气泄漏损失的影响比较明显.     

点燃式发动机燃用不同燃料的燃烧特性及循环变动

围绕点燃式发动机燃用汽油、LPG和CNG的燃烧特性及循环变动开展了研究.发动机在最大转矩工况运行,分别从压力参数方面及燃烧参数方面对循环变动进行了分析.结果表明,汽油的燃烧循环变动系数最小,LPG燃烧过程中循环变动系数增大,CNG燃烧过程中循环变动系数最大;燃烧阶段循环变动是产生发动机循环变动的主要原因,采用进气道预混的方式燃用气体燃料时,进气阶段变动是造成发动机循环变动的原因之一;汽油燃烧时,火焰发展期与燃烧持续期线性相关,良好的着火决定燃烧过程的稳定,LPG和CNG燃烧时,火焰发展期与燃烧持续期的相关性减弱,着火和火焰的传播共同影响燃烧过程的稳定性;放热率型心与平均指示压力有良好的线性关系,说明发动机的平均指示压力受放热过程的影响.     

隔热内冷汽油机燃烧,传热与热力的初步分析

本文以测定汽油机几种工况的燃烧室压力变化为基础,研究了隔热内冷汽油机对燃烧过程、传热损失及有效效率的影响.测定分析表明,与常规发动机相比燃烧过程的滞燃期缩短,压力升高率与最大燃烧压力升高,燃烧持续期缩短,而最高燃烧温度基本不变.理论计算分析表明,燃烧宣传热损失减少8%,机械效率提高2.3～2.4%,有效效率提高6.0～6.9%.     

EGR对电喷LPG发动机快速稀薄燃烧的影响

文章介绍了废气再循环(EGR)对电喷LPG发动机快速稀薄燃烧的影响.研究结果表明,EGR的应用,对稀薄燃烧稀限及发动机燃烧特性都有较大的影响.本研究开发的基于高能双火花塞点火的快速燃烧系统可以加快LPG燃气的燃烧速率,有效地改善引入EGR的LPG发动机的快速稀燃过程.     

分形在汽油机准维燃烧模型中的应用研究

针对汽油机的准维湍流燃烧模型进行了发展研究,将分形表示的湍流燃烧速度并入燃烧模型.研究表明：分形是一种模拟燃烧过程的有效手段,通过对分形中低端转捩尺度的选取分析,得出Gibson尺度比Kolmogorov尺度更适合作为低端转捩尺度.     

双成像高速摄影技术及其在柴油机燃烧研究中的应用

本文介绍了用于柴油机燃烧过程研究的同步双成像高速摄影技术。这种摄影技术是将激光焦点光阑阴影光路和直接摄影光路耦合成一个高速摄影系统，在同一幅底片的各１／２幅面上，同时清晰地记录柴油机在同一个燃烧过程中的喷雾、着火和火焰扩展过程，从而把喷雾过程与燃烧过程的研究更紧密地联系在一起，为深入研究柴油机燃油喷雾、混合和燃烧过程提供有效的研究手段     

柴油-小桐子掺混油柴油机工作过程及循环变动分析

以柴油和柴油-小桐子掺混油在单缸水冷四冲程柴油机上进行试验,测录了多循环的瞬时气缸压力与高压油管燃油压力,对比分析了不同转速的全负荷工况与标定点转速不同负荷工况,燃用柴油与掺混油的喷油与燃烧过程及燃烧过程中各参数的循环变动.结果发现,喷油率随转速升高而升高;喷油始点随转速升高略微推迟,随负荷增大而提前;掺混油燃烧始点早于柴油,燃烧始点随转速升高延后,随负荷增大而提前,燃烧始点的循环变动量随转速升高而增大;高转速、高负荷时的最高燃烧压力循环变动率较小;掺混油的最大燃烧压力升高率低于柴油,最大压力升高率循环变动率随转速升高、负荷减小而增大.     

缸内空气运动对直喷式柴油机喷雾特性影响的研究

本文采用高速摄影，利用激光衰减法，研究了小型直喷式柴油机缸内燃油雾特民生，特别是在缸内空气运动对燃油喷雾特性影响方面，进行了比较详细的研究，研究结果表明，在柴油机狭小的燃烧室内，自由喷雾得不到充分发展便得快与燃烧室壁面发生碰撞，故油束的锥角比较小，燃油的密集程度比较高，受空气涡流吹拂而发生弯曲的程度很小，较强的空气涡流会降低喷雾的贯穿速度。     

用光学纹影摄影术观察分析定容燃烧室内氢燃料的燃烧过程

论述了采用纹影摄影术和高速摄影法观察分析氢气和空气预混合燃料在定容燃烧室内的火花点火燃烧过程,定性地分析了预混合氢气燃料的火焰形态和变化过程,以及燃烧室内的初始压力和空燃比对火焰传播速度及其燃烧压力的影响,通过采用纹影摄影术方法,初步揭示了预混合氢气燃料在定容燃烧室内燃烧时火焰初期紊流产生的机理,以及由开始的层流状火焰发展到湍流状火焰的过程,研究结果表明,预混合氢气燃料燃烧的火焰传播速度及燃烧压力明显地受燃烧室内的初始压力和空燃比的影响。     

气门间隙对发动机性能的影响研究

某四缸自然吸气汽油发动机怠速时燃烧不稳定,经热力学性能仿真计算发现怠速时气门重叠角偏大,导致残余废气率较高,从而引起燃烧不稳定及循环变动大。可通过调整进气凸轮轴安装相位或增大气门间隙来推迟进气门开启时刻,减小气门重叠角。本文对加大气门间隙方案做换气过程分析计算,加大气门间隙,气门重叠角减小。在低速时,小的气门重叠角有利于减小废气倒流,提高进气量;但在高速时进气惯性大,由于加大气门间隙,减小了进气迟闭角,造成高速时进气量减小。试验结果验证仿真分析的正确性。试验结果表明,减小气门重叠角可显著改善怠速工况的循环变动和排放,中低速工况的扭矩也有所提升,但高速段功率稍有下降。     

高压共轨柴油机高海拔(低气压)燃烧特性

利用内燃机高原环境模拟试验台,对经过高海拔标定后的高压共轨柴油机进行了外特性试验,重点研究了高原环境条件(0～5,km)对低速和高速燃烧特性的影响.结果表明:该柴油机在低速下平均指示压力、最高燃烧压力、最大压力升高率和放热率峰值均随海拔的增加而减小;海拔每升高1,km,上述燃烧参数分别平均降低6.83%、7.03%、4.00%和3.92%.低速下最高燃烧压力点、放热率峰值点和放热率重心随海拔基本保持不变,最大压力升高率点后移.高速下平均指示压力和放热率峰值随海拔的增加而减小,海拔每升高1,km,分别降低2.59%和2.00%;最高燃烧压力随海拔基本保持不变,最高燃烧温度随海拔的增加而增高;最高燃烧压力点、最高燃烧温度点和放热率峰值点以及放热率重心前移.在高海拔高速工况下发生了燃烧压力振荡,造成噪声和机械负荷增大.     

柴油机混合气形成条件对瞬态火焰温度和碳烟质量浓度影响的研究

进气涡流强度、喷嘴的喷孔直径与个数、喷油压力等直接影响直喷式柴油机燃烧室内混合气形成与燃烧过程的进行，从而影响柴油机的动力性、燃油经济性和碳烟排放。作者用同步光导纤维四色法测量系统，研究了进气涡流、喷孔直径和个数对燃烧过程中火焰温度和碳烟浓度的影响。本文介绍的是所进行的研究工作和得到的结果。     

石灰立窑代焦型煤燃烧特性的实验研究

在SDTQ600差热-热重联用仪上对石灰立窑代焦型煤试样进行了热重分析,研究了不同升温速率对其燃烧特性的影响,并以5℃/min的升温速率将型煤、焦炭和无烟煤块煤试样进行对比。利用马弗炉研究了单颗粒代焦型煤的燃烧速率。结果表明,代焦型煤的燃烧过程经历了干燥预热、挥发份析出、碳粒燃烧和残碳燃尽4个阶段;随着升温速率的增加,代焦型煤燃烧各阶段的反应时间缩短,反应速率加快;当升温速率由5℃/min提高至10和15℃/min时,代焦型煤的着火时间由28.12min下降至14.01和10.13min,其燃尽时间也由36.82min下降至27.59和22.47min。通过对比,型煤在着火、稳燃性能及综合燃烧特性方面最好,而燃尽性能居中;代焦型煤、焦炭与无烟煤块煤3种试样的综合燃烧指数分别为53.25×10-9、30.14×10-9和11.53×10-9。燃烧温度对型煤燃烧速率影响较小,而型煤尺寸对后期燃烧速率影响较明显,减小型煤尺寸可增大燃烧速率;相同条件下,代焦型煤的燃烧速率低于焦炭而高于无烟煤块煤。实验结果可为石灰立窑型煤代焦提供指导。