柴油温度对燃烧火焰温度和碳烟生成的影响

通过定容燃烧弹,采用双色法研究不同柴油温度对冷起动过程中燃烧火焰温度和碳烟生成特性的影响,获取缸内燃烧火焰温度分布和表征碳烟分布的KL因子.结果表明:在喷油后3.5 ～ 6.0 ms的燃烧稳定时期,柴油温度为40℃的火焰中大于2 200 K的区域约占60％,柴油温度为20℃的火焰中大于2 200 K的区域约占55％,柴...     

生物柴油碳烟特性的可视化研究

在1台光学可视化发动机上,采用高速摄影法,对不同掺混比例的柴油/生物柴油混合燃料进行研究,获取缸内燃烧火焰图像,通过双色法得到表征缸内碳烟总体分布的KL因子,分析了生物柴油对缸内燃烧过程和碳烟生成特性的影响.研究结果表明,随着生物柴油掺入比例的增加,最高燃烧压力逐渐降低,滞燃期相对延长,燃烧持续期缩短,火焰的亮度和分布面积都随之下降.KL因子的最高浓度降低,碳烟较浓的分布区域减小,碳烟的氧化进程加快.     

双色法在内燃机燃烧诊断中的应用

系统介绍了双色法的测量原理,阐述国内外双色法在内燃机燃烧火焰分析方面的具体应用。经过多年研究,双色法已成功应用于柴油机燃烧诊断,利用燃烧火焰中实际存在的碳粒,可测量柴油机火焰的温度分布和碳烟浓度分布。汽油机属于无焰燃烧,燃烧过程只产生少量的碳烟,直接应用双色法具有较大难度,国内外可见文献较少,本文介绍了关于双色法汽油机测温的实例。     

基于激光诱导炽光法的柴油喷雾燃烧碳烟生成特性

采用激光诱导炽光法(LII),对高温高压定容燃烧弹内柴油喷雾燃烧火焰及碳烟生成的二维分布图像进行了测量分析,研究了在不同定容室环境温度、环境压力和喷射压力下燃烧火焰和油气混合特性对碳烟生成与分布的影响规律.结果表明:柴油燃料滞燃期会随环境温度和环境压力的升高而缩短;扩散燃烧火焰的浮起长度内空气卷吸量是影响碳烟形成过程的一个重要因素,高的环境温度和环境压力,以及低的喷油压力会产生较短的柴油火焰浮起长度;高的柴油喷射压力、低的环境压力和温度所产生的LII信号强度较弱,即此时激光片光内的碳烟体积分数较小.在喷雾混合中自然形成的混合气浓度分层和温度分层,既影响到混合气的着火和燃烧过程,又诱发碳烟颗粒的产生,研究结果对优化燃烧系统设计,验证燃烧模型提供了有价值的依据.     

柴油喷雾燃烧发光机理分析

为探讨柴油机燃烧光的性质，在容弹上采用光强传感器，并应用双色法在不同温度、压力、氧浓度与二氧化碳浓度的条件下，对柴油喷雾的燃烧光强波进行了测量分析。结果表明：在柴油机燃烧过程中，同时存在碳粒的氧化与还原两种反应，其中以氧化反应占优势，碳粒与其附面层温度基本一致。碳粒的附面层反应与柴油中其它气体成分的氧化反应形成火焰，所以可认为碳粒与火焰处于热平衡状态，碳粒的表面反应热以热辐射的方式向外界传递。表面反应热与辐射传热的平衡确定了碳粒的体积与密度。因此柴油喷雾的燃烧光强反映的是碳粒的辐射热强度，燃烧光强波反映的是碳粒的氧化过程。燃烧光强与火焰内的总碳量、氧的分压力、碳粒温度有关，同时还受二氧化碳等还原性气体浓度的影响     

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.     

柴油燃烧火焰中碳烟生成的特性试验

基于装配单孔喷嘴孔径为0.18,mm的定容燃烧弹系统,采用脉冲LED二维消光法,以国Ⅴ的0号柴油为研究对象,对其在给定工况下喷雾燃烧火焰中形成的碳烟进行了定量测试,同时采用增强器电荷耦合相机同步测量了火焰浮起长度.试验过程中,保持定容燃烧弹内气体密度恒为20,kg/m3,研究了不同喷油压力、氧体积分数和环境温度对碳烟分布、初始形成时刻的影响,结果表明:采用的二维消光法对国Ⅴ柴油有较好的适用性;国Ⅴ柴油喷雾燃烧中碳烟的KL值、生成的初始时刻随着喷油压力升高而降低,随着氧体积分数升高而升高,随着环境温度的升高而升高.     

用光导纤维多色法对柴油机燃烧室内火焰温度与碳粒生成的研究

本文介绍了作者研制的分叉光导纤维４色法测量装置和采用它对直喷式４１３５型柴油机燃烧室内火焰温度和碳烟浓度测量的结果。以双色法为基础的４色法，通过数学方法可优化试验结果，减小测量误差。测量结果表明：在燃烧过程中，碳粒生成时间落后于温度上升时间，持续高温产生碳粒高浓度，后燃烧使碳粒浓度增加。随着负荷的增加，燃烧火焰温度及碳粒浓度增加，它们持续的时间也延长。燃烧终了破粒浓度和排气烟度增大。在喷注区会产生很高的碳粒质量浓度值，稀混合气区火焰温度上升较早。过后燃烧或供油提前角减小，使燃烧终了碳粒浓度增大。     

均质化学计量比燃烧下GDI发动机碳烟生成可视化解析

汽油机燃烧过程中产生的黄色火焰与生成的碳烟呈正相关,根据这一特征,利用高速摄影获取汽油直喷(GDI)光学发动机缸内的火焰图片,通过统计计算其中黄色火焰的信号强度,分析了缸内碳烟的生成规律以及燃料中甲苯、乙醇含量对缸内碳烟生成的影响.结果表明:在化学计量比燃烧条件下,碳烟在点火初期火花塞电极附近产生,这部分碳烟的滞留时间相对较长,整个燃烧过程中,碳烟的产生主要位于火花塞附近.甲苯比例的增加对碳烟生成有明显的促进作用;而添加乙醇能够抑制缸内碳烟总体生成量,但在点火之后的1°CA内,黄色火焰信号强度没有降低,表明该时期碳烟的生成无法得到有效抑制.     

引燃策略对天然气直喷发动机射流燃烧及排放的影响

基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件CONVERGE研究了天然气直喷发动机的高压天然气射流混合、引燃燃烧及排放物生成等基础过程,详细分析了引燃方式和引燃距离对这些基础过程的影响。结果表明：高压直喷天然气射流能够明显促进引燃柴油喷雾发展与混合,但引燃柴油喷射对天然气射流发展影响不明显。高压直喷天然气射流火焰中心存在温度较低而天然气浓度较高的火焰内陷区,该内陷区是碳烟的主要生成区域,碳烟高浓度区位于火焰内陷区中后部。与引燃方式相比,引燃距离对火焰浮起长度、火焰内陷长度及NO_x和碳烟排放有更明显影响。随引燃距离增加,火焰浮起长度和NO_x排放增加,火焰内陷长度和碳烟排放减小。柴油喷入天然气中引燃在3种引燃方式中具有最高的放热率峰值和最短的燃烧持续期,其NO_x和碳烟排放最低,但甲烷逃逸量最高。     

Effects of variable O2 concentrations and injection pressures on the combustion and emissions characteristics of the petro-diesel and hydrotreated vegetable oil-based fuels under the simulated diesel engine condition

This experimental research investigates the effects of variable O₂ concentrations and injection pressures on the combustion and emissions characteristics of the diesel (B7) and the hydrotreated vegetable oil (HVO)-based fuels. The O₂ concentrations included 21%, 15% and 10% O₂, while the injection pressures were 80 and 120 MPa. The experimental fuels were the diesel fuel (B7), the neat HVO, the 20%, 50% and 80% HVO (by mass fraction) blended with the diesel. The experiments were carried out in a rapid compression-expansion machine (RCEM) under the direct injection (DI) diesel combustion condition. The analysis was undertaken using the two-color method. The experimental results indicated that the ignition delay, the heat release rate, the flame temperature, the soot density-KL factor, the NO_x and soot-out emissions were inversely correlated to the HVO fraction in the blend. In addition, the findings revealed the similar flame profiles in which the higher flame temperature region and the darker KL density were concentrated around the spray flame upstream, regardless of the HVO mixing ratio. Besides, the decrease in the O₂ concentration resulted in the lower heat release rate, integral heat release, flame temperature, KL factor and NO_x emissions but the longer ignition delay and higher soot concentration, with the highest soot concentration observed under the 15% O₂ environment. Nevertheless, the higher pressure differential (i.e. between the injection pressure and the ambient pressure) contributed to the shorter ignition delay, higher heat release rate, early peak of the flame temperature, wider combustion area, faster soot oxidation rate and higher NO_x production.     

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。     

Study of the characteristic of diesel spray combustion and soot formation using laser-induced incandescence (LII)

In this paper, the planar images of diesel spray combustion flame and soot formation were measured and analyzed by using LII, in a constant volume combustion vessel. The effects of combustion flame and fuel–air mixing characteristics on soot formation and distribution of soot concentration were studied at different conditions. The result indicates that, with increase in ambient temperature and pressure, the ignition delay of diesel fuel is shorter. The increase of ambient temperature and pressure and the reduction of injection pressure shorten the diesel flame lift-off length. The lower the ambient temperature and pressure, the weaker LII signal intensity. At the same ambient temperature and pressure condition, the higher the diesel injection pressure, the smaller the soot production in diesel jet spray, and soot particles are primarily produced in the relative fuel-rich region, which is encompassed by the flame surface front at the downstream of the diesel jet.     

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。     

用扩散及准均质混合气压燃的组合燃烧降低柴油机碳烟与NOx排放的研究

在柴油机的一部分工况采用现有的扩散燃烧方式，另一部分工况采用柴油引燃醇燃料均质混合气的组合燃烧方式，利用醇燃料的高汽化潜热和含氧的特性，达到同时降低柴油机碳烟及氮氧化物(NOχ)的目的，并且避免在小负荷燃烧醇燃料带来的高醛类排放问题。在一台4缸水冷直喷式发动机上采用上述组合燃烧法进行试验，从发动机进气管处喷进乙醇形成均质混合气，然后由柴油引燃。由电控装置控制乙醇喷入量及其喷入时刻。试验结果表明，与原机相比，碳烟和NOχ排放分别减少了50％和30％，同时燃料的消耗率也有大幅度降低。