汽油机射流燃烧系统火焰传播过程的研究

根据汽油机燃烧火焰电离原理,试制成功了一台火焰传播测试仪。由于火焰前锋内离子浓度的变化将引起电位差的相应变化,所以通过装在气缸盖上的传感器,可使仪器显示出火焰到达燃烧室中某一位置的时刻和燃烧的持续时间。如用微机采样,则可同时检测３２ 个点,也可以用示波器显示任一个传感器输入的电位差变化波形。用此仪器对４９２ Ｑ Ｓ汽油机进行了火焰传播过程的测试,从中可看出射流燃烧系统燃烧过程的特点,有利于今后进一步改进此系统并实现一台性能更好的发动机。     

汽油机射流燃烧系统火焰传播过程的研究

根据汽油机燃烧火焰电离原理，试制成功了一台火焰传播测试仪，由于火焰前锋内离子浓度的变化将引起电位差的相应变化，所以通过装在气缸盖上的传感器，可使仪器显示出火焰到达燃烧室中某一位置的时刻和燃烧的持续时间，如用微机采样，则可同时检测３２个点，也可以用示波器显示任一个传感器输入的电位差变化波形。用此仪器对４９２ＱＳ汽油机进行了火焰传播过程的测试，从中可看出射流燃烧系统燃烧过程的特点，有利于今后进一步改进     

用于研究柴油机缸内燃烧火焰对壁面热边界层影响的光纤传感器及测量系统

为了研究缸内燃烧火焰对热边界层的影响,研制开发了贯穿式光纤传感器及测量系统,在此基础上初步研究了柴油机气缸内燃烧火焰对缸内壁面的热边界层的影响,结果表明,该传感器可以较好地用于测量缸内壁面热边界层中任一位置的火焰温度。     

汽油机燃烧过程光纤传象高速摄影技术的研究

本文提出了一种新型的观测研究汽油机燃烧过程的有效方法—光纤传象高速摄影技术。作者采用自行研制的光纤传象内窥光学系统,与高速摄影机配合使用,在汽油机射流燃烧室内成功地拍摄到了射流燃烧室中燃烧过程序列照片,该装置安装、使用方便,只需把内窥摄影物镜拧入燃烧室内,无需改变发动机结构,不必拆卸气缸盖和其它零件。由高速影片上可以清楚地观察到电火花跳火后火焰核心形成及火焰发展传播过程,可以测算出着火延迟,火焰传播速度,燃烧持续时间等参数,为判断和改进燃烧过程提供了可靠的依据。     

高压甲烷射流冲击预混火焰过程中涡量的变化

基于CONVERGE软件开展三维仿真计算，分析了定容燃烧弹内高压甲烷射流撞击当量比为1的预混气体燃烧过程中的涡量变化特征．根据射流前锋面与火焰的位置关系，将火焰发展全过程分为射流前峰面未接触火焰阶段、进入火焰阶段和离开火焰阶段3个阶段．相比于自由射流贯穿速度，在射流进入火焰阶段射流燃烧平均贯穿速度显著增加，并大于自由射流的贯穿速度和预混燃烧速度之和．产生此结果的原因是此阶段动量参数涡量的大幅增加；在轴向距离为40 mm处、火焰发展时间为1.6 ms时，射流燃烧模式平均涡量值与自由射流模式差值最大，约为260 s-1，是此时此截面预混燃烧模式平均涡量值6 s-1的43倍．     

大空间尺度下预燃室射流火焰发展历程的光学诊断和模拟研究

基于定容燃烧弹,在与大型低速预燃室式双燃料船机相似的空间和热力学条件下,采用相似的点火过程,对主燃烧室内的射流火焰发展和引燃预混火焰的扩展历程进行光学测试;提出一种基于全网格映射,分阶段采用不同的燃烧模型的方法模拟不同燃烧阶段的火焰发展过程。基于定容装置试验数据验证了模型对燃烧火焰扩展速度预测的适用性和准确性。研究结果表明：预燃室燃油喷射量直接影响射流火焰的最大贯穿距离和火焰强度;主燃烧室内的混合气需要达到一定浓度才能被引燃。对燃烧过程的模拟,第一阶段燃烧采用均质搅拌反应器（well-stirred reactor, WSR）模型可以较为准确地模拟不同燃油喷射量下的射流发展速度和火焰射流的最大贯穿距离;第二阶段燃烧采用G方程可以较为准确地模拟火焰在各方向上的扩展速度。采用Mapping方法连接的两个模型对燃烧两个阶段的火焰扩展的整体速度具有较高的预测精度。     

9E燃气轮机低氮改造后火焰筒燃烧特性的数值计算

针对改造后的LEC-Ⅲ低NOx燃烧室,运用FLUENT软件对该火焰筒的燃烧流场进行数值模拟。在模拟过程中采用了标准k-ε湍流模型,用SIMPLE算法进行求解,分析了一次模式下火焰筒内速度分布、温度分布、组分分布。结果表明:在一次模式时,火焰筒通过旋流和第一排射流孔形成的回流稳定火焰;文丘里喉道高速气流可以防止预混模式时二级燃烧区的火焰回火,避免一级燃烧区气体再点火燃烧;在一次模式时,火焰筒头部的圆柱形腔室的工作特性相当于六个小型的火焰筒;NOx排放的数值模拟结果与运行值接近。     

汽油机双焰区准维燃烧分析模型

本文针对具有双火焰区燃烧方式的汽油机射流燃烧过程提出了准维分析模型.本模型不仅可以计算出燃烧放热率,燃气平均温度,NO生成规律,还可提供各火焰区的紊流燃烧速度、紊流传播速度和火焰速比等重要参数.计算结果表明,运用本模型可成功地对双焰区汽油机射流燃烧过程进行多方面的综合研究.     

基于深度学习的甲烷高压射流湍流燃烧火焰图像处理方法研究

基于定容弹开展了高压天然气(甲烷)射流燃烧光学测试,并分别运用深度学习方法和边缘检测算法进行了图像处理。对比结果表明,由于图像中存在射流、火焰差异大的图像识别目标,边缘检测算法无法较好识别射流和火焰,该算法适合于单一目标的火焰图像处理。深度学习方法可识别射流湍流燃烧火焰轮廓,有效地获得射流湍流燃烧火焰前锋面发展位移及火焰传播速度,该方法适用于多个目标的火焰图像处理。根据深度学习图像处理结果表明:当高压甲烷射流接触预燃球形火焰时,火焰由稳定层流速度(<3 m/s)快速上升,最大火焰传播速度高达300 m/s,形成湍流火焰,火焰沿射流方向快速向前发展,火焰面积增加。随着射流和点火时间间隔的增加,最大火焰传播速度线性下降。     

船用低速双燃料发动机预燃室引燃火焰的模拟研究北大核心CSCD

以RT-flex50DF船用低速二冲程双燃料发动机为研究对象,通过对模型的仿真计算分析了引燃火焰的流速及火焰面积在燃烧过程中的影响,总结了该低压喷射双燃料发动机引燃火焰的特点及燃烧过程。通过对比预燃室通道直径的方案发现,增大通道直径可以增加缸内的着火面积,加速燃料燃烧;减小通道直径可以达到增强缸内涡流的效果,提高火焰传播速度,但通道直径过大或过小都会对缸内燃烧产生不利影响。预燃室出口结构的方案通过保持出口截面积不变而增大火焰射流的表面积来加快缸内燃烧,避免孔径对缸内的湍流等参数产生影响,结果表明在该方案中合适的小孔尺寸可以提高缸内放热率的峰值,并缩短燃烧持续时间。     

柴油机缸内壁面热边界层的测量及燃烧火焰影响的试验研究

为了研究柴油机缸内燃烧火焰对壁面热边界层的影响，根据光学原理，研制开发了贯穿式火焰温度传感器，并进行了实际测量及初步研究。试验及分析表明：贯穿式光纤传感器可以移动地测量缸内沿壁面法线方向任一位置处的火焰温度，较好地用于研究柴油机气缸内燃烧火焰对缸内壁面热边界层的影响。     

缸内涡流比对冷起动燃烧火焰的影响探究

针对汽油发动机冷起动存在的燃烧不稳定、燃烧效率低的问题,基于单缸可视化发动机在冷起动工况下调节进气涡流,通过分析缸内燃烧火焰特性来探究增强进气涡流对发动机循环波动及输出功率的影响。试验所用发动机为单缸四气门(两进两出)缸内直喷汽油机,其中一个进气道加装有涡流控制阀,通过将一个进气道关闭或者开启来改变缸内涡流的强度。利用高速相机从活塞上的光学通道得到发动机缸内的火焰传播图像,并计算火焰传播面积,提取火焰边界,获取火焰中心速度及火焰扩散速度等信息,同时也利用燃烧分析仪对缸内压力、燃烧放热率等特性进行同步测量和记录,通过多角度的对比和分析揭示缸内燃烧状况与发动机宏观性能的相关联系,有效地发掘了在不同涡流强度下缸内火焰的传播特征。研究结果从缸内燃烧火焰的角度解释了提高涡流比能够很好地提高冷起动的燃烧稳定性,促进发动机缸内燃烧。研究表明,早期火核分布越集中,波动越小,后期循环波动就越小。试验结果还表明,由缸压计算的瞬时放热率与火焰面积存在很好的线性关系。     

柴油机缸内火焰辐射传热新模型

柴油机缸机的火焰辐射受诸多因素的影响,用理论分析法来确定它是相当困难的,由于柴油机缸内火焰辐射特性依赖于缸内的燃烧过程,而燃烧过程中的实际热力状态又可用示功图来分析,因此借助于火焰辐射与缸内热力参数之间的这种间接关系,建立了一种计算柴油机缸内火焰辐射传热的新模型,利用该模型对一台直喷柴油机缸内火焰辐射热流量随曲轴转角的变化情况进行了计算,将计算结果与实测结果进行了比较,表明该模型能较好预测缸内火焰     

挥发分火焰对碳粒燃烧的影响

建立了球坐标系下传热、传质、化学反应全耦合的煤粉燃烧数值模拟程序．通过煤粉与事先脱除挥发分的焦炭的对比实验及数值模拟,研究了挥发分火焰对碳粒表面一次产物CO火焰的点燃及碳粒燃烧的影响．傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)测温实验及煤粉燃烧动态过程的数值模拟结果不仅进一步验证了碳粒着火初期CO火焰所引起的颗粒高温现象,而且给出了挥发分引燃表面反应一次产物CO的直接证据．由于挥发分火焰的引燃作用,碳粒可以在较其非均相着火温度为低的温度下被点燃,阐明了Juntgen提出的联合着火方式的物理本质．     

脉动供燃料燃烧技术及火焰频率特征

介绍了一种天然气的新型脉动供燃料燃烧技术,该技术能有效降低NOx,提高传热效率,节约能源,且改造简易,运行经济;阐述了其技术原理,综述了其发展状况,指出对我国燃烧技术改进的重要意义.利用直接摄像技术,对一个采用该燃烧方式的射流火焰在不同流量脉动频率下的火焰类型和结构特征进行了研究.结果发现,随脉动频率变化出现了丰富的火焰类型.燃气脉动与系统共振特性相耦合影响火焰脉动特性,在系统共振和谐振频率附近,火焰根部出现崩溃混合,且火焰湍动升起,火焰长度变短.在某些频率下火焰直长,具有清晰的贫富燃交替结构.     

体积力场对预混火焰面形状的影响

介绍了一种在燃烧场中产生大于1g体积力的实验系统,分析了影响体积力场的因素．利用实时摄像的方法,研究了在燃烧过程中体积力对预混火焰面形状的影响．结果表明,高温烟气在体积力场中的浮力效应,使火焰面向与体积力相反的方向弯曲、偏转．体积力增加将导致火焰面变形程度增加,并导致燃烧过程不稳定,以致发生熄火．气流的射流角不同,体积力对火焰面的影响效果不同,火焰面会发生弯曲、拉伸或压缩．当射流角为负值时,火焰容易发生吹熄．     

用双色法研究汽油机燃烧火焰的温度分布

探讨了用双色法测量汽油机温度场的可行性.通过添加氧化铝粒子替代柴油机燃烧产生的碳烟颗粒,利用高速彩色CCD拍摄得到图像,采用双色法计算缸内温度分布.为验证其可行性,在稳态火焰燃烧器上同时采用双色法和热电偶对甲烷空气火焰进行温度测试对比,并讨论不同双色组合对测试精度的影响.结果表明用氧化铝粒子和RB模式的双色法可以获得较好的精度.在一台汽油进气道喷射可视化发动机上,通过向进气道喷射混合均匀的纳米氧化铝粒子,对缸内燃烧过程进行分析,获得了汽油机温度场信息.     

掺氢对微尺度空间内预混层流火焰转捩爆燃特性的影响

针对基于燃烧的微小型动力装置存在燃烧效率低、火焰传播速度慢的问题,设计了一个可视化的、特征间距仅为0.45 mm的微尺度定容燃烧室,实验比较了0～1的掺氢比例下,丙烷/氢气/空气预混火焰在该燃烧室内的传播以及加速过程.实验发现没有掺氢时,丙烷/空气预混火焰需要在0.25 MPa初始压力下才能够传播;当掺氢比例为0.2时...