不同电极结构下电场对甲烷/空气火焰的影响

基于电场促进燃烧的理论,为了进一步研究不同电极结构对燃烧的影响,利用定容燃烧弹来模拟发动机气缸内的燃烧,在常温常压不同当量比(0.8、1.0和1.2)下通过分别加载3种不同结构的电极对直流电场与甲烷/空气火焰的关系进行了研究。结果表明:3种电极结构下电场对火焰横向传播均有明显的促进作用,且网状电极下火焰横向传播的促进效果最明显,然后依次是柱状电极和点电极;3种电极结构下燃烧压力一开始均得到不同程度的提高,而网状电极下电场对燃烧压力的影响最为明显。综上所述:3种电极结构中,网状电极下电场对火焰的促进作用最大,在今后的应用中较其他两种电极有更为明显的优势。     

咪唑硫氰酸类离子液体与过氧化氢自燃特性研究

为填补国内在离子液体与绿色氧化剂自燃领域研究的空白，本文开展了咪唑硫氰酸类离子液体在质量分数为90%的过氧化氢中的自燃特性研究，并分析了液滴碰撞速度和添加剂对咪唑硫氰酸类离子液体在过氧化氢中点火延迟时间的影响。结果显示：离子液体在过氧化氢中的自燃过程分为3个阶段：液滴与过氧化氢接触、混合，出现液坑；产生中央射流，射流顶端分离出液滴；温度升高，黑色烟雾与火核出现。离子液体点火延迟时间与碰撞速度呈负相关，由于黏度和燃烧极限等因素的影响，1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸([EMIM][SCN])的点火延迟时间减小程度随碰撞速度的增大而减弱，而1-丁基-3-甲基咪唑硫氰酸([BMIM][SCN])则相反。相同碰撞速度下，[BMIM][SCN]的点火延迟时间小于[EMIM][SCN],表明[BMIM][SCN]与质量分数为90%的过氧化氢自燃效果好。掺混燃料的点火延迟时间随添加剂的摩尔比增加呈增大的趋势，且均大于离子液体的点火延迟时间，当[EMIM][SCN]掺混乙二醇的摩尔比为0.8、[BMIM][SCN]掺混乙二醇的摩尔比为0.9、[EMIM][SCN]和[BMIM][SCN]掺混丙二醇的摩尔比...     

离子电流法测量CH_4/H_2混合气燃烧火焰传播速度的实验研究

在定容燃烧弹上布置一对测量电极,运用离子电流法、根据燃烧火焰在接触测量电极时刻的离子电流信号值,对不同工况下CH4/空气及其掺氢混合气的平均火焰传播速度进行了计算,并与传统光学纹影法测得的火焰速度进行了对比。结果表明:对于CH4/空气混合气预混燃烧火焰,在过量空气系数分别为0.75、0.8、0.85、0.9、1、1.1时,利用离子电流法测得的火焰传播速度分别为1.714、1.935、2.195、2.250、2.045、1.538 m/s,相对纹影法误差分别为1.32%、2.09%、4.65%、3.48%、3.64%、7.06%;对于过量空气系数为0.8的CH4/H2燃料,在掺氢比为0%~80%(10%递增)的情况下,离子电流法测得的火焰传播速度相对于纹影法的误差均在5%之内。该结果为离子电流法的层流火焰传播速度测量提供了理论、实验依据,测量方法简单易行、快捷准确、可行性高。     

低频交流电场对甲烷/空气预混火焰影响的机理研究

为了明确低频交流电场对火焰的作用机理,在常温、初始压力0.3MPa下,施加电压有效值为5kV、频率f=40,60,80,100Hz的电场对甲烷/空气混合气的燃烧特性进行研究,建立了预混甲烷/空气火焰离子反应模型,对燃烧过程各粒子的浓度变化进行模拟,将实验与模拟结果综合进行了分析。结果表明:加载低频交流电场后,预混球形火焰在横向发生明显形变,随着频率的增大,平均火焰传播速度S_L和压力峰值Pmax均逐渐减小;模拟计算表明随着频率的增大,双离子风发展程度ξ_(eff)逐渐减小,平均火焰传播速度增大率ΔS_L和压力峰值增大率ΔPmax与双离子风发展程度ξ_(eff)的线性拟合相关系数分别为0.995 82和0.919 96,ξ_(eff)与电场对火焰的促进作用密切相关;电场下火焰前锋面粒子间的碰撞作用程度与火焰的宏观拉伸形变之间存在着直接联系,基于碰撞作用的双离子风效应是低频交流电场对预混火焰的主要促进因素。     

点火能量对天然气空气预混合气层流燃烧的影响

通过改变点火线圈的充电时间,研究了充电时间与天然气空气预混合气点火能量、预混层流燃烧速度及压力和放热率等燃烧特性参数之间的关系.结果表明:点火能量随充电时间的增加而增大,当充电时间增加到6 ms时,点火能量的增加趋势减缓;点火能量能会影响火核的形成和初期火焰的发展,当火核半径发展到8mm时,火焰传播速度不受影响;压力峰值随点火能量的增加逐渐增大且峰值位置提前,当充电时间由2 ms增加到8 ms时,最大压力峰值增加了3.8％,峰值提前8.6 ms出现,火焰发展期和快速燃烧期分别缩短了5.2 ms和1.7ms.     

不同频率高频交流电对球形传播火焰的影响

为研究不同频率高频交流电场对预混稀燃火焰的影响,对常温、常压下定容燃烧弹中过量空气系数为1.6时的甲烷/空气火焰的传播和燃烧特性进行了研究.结果表明:高频交流电场作用下,火焰均在水平方向被拉伸,当加载交流电压有效值一定时,交流电频率越高,火焰在水平方向的拉伸越剧烈.与未加载电压相比,当交流电压有效值u=5kV,交流电频率f为5、7.5、10、12.5和15kHz时,平均火焰传播速度分别提高43.10%、53.45%、63.79%、74.14%和84.48%,相对燃烧压力增大率的最大值分别为0.15、0.21、0.27、0.36和0.50.由此得出,高频交流电场对火焰燃烧有一定的促进作用,且交流电频率越高,促进作用越明显.     

低蒸汽压燃料与四氧化二氮自燃特性研究

为填补国内在低蒸汽压燃料与四氧化二氮(NTO)自燃领域研究的空白,选择了1-乙基3-甲基咪唑硫氰酸、1-丁基3-甲基咪唑硫氰酸、1-乙基3-甲基咪唑二氰胺和1-甲基咪唑硼烷4种低蒸汽压燃料,通过滴落实验装置开展与NTO的自燃特性实验研究,并对低蒸汽压燃料的烟雾延迟时间和掺混乙二醇和丙二醇两种添加剂的1-甲基咪唑硼烷的点火延迟时间进行分析。结果显示：3种咪唑类离子液体均不与NTO发生自燃,1-甲基咪唑硼烷能与NTO发生自燃,其自燃过程分为液滴与NTO接触混合、产生黑烟、火焰出现3个阶段。4种低蒸汽压燃料中,1-甲基咪唑硼烷的烟雾延迟时间最短,阳离子相同时,阴离子为硫氰酸根的烟雾延迟时间小于二氰胺根,阴离子相同时,阳离子含有的碳链越长,烟雾延迟时间越短。掺混燃料的点火延迟时间大于1-甲基咪唑硼烷,其点火延迟时间随着添加剂摩尔比的增加呈现先减后增的趋势,当乙二醇和丙二醇的掺混比大于0.4和0.5时,掺混燃料很难与NTO发生自燃。1-甲基咪唑硼烷添加乙二醇和丙二醇的摩尔比相同时,前者的点火延迟时间短于后者,表明1-甲基咪唑硼烷添加乙二醇的自燃效果好于丙二醇。     

电极几何参数对离子电流影响的试验研究

在定容燃烧弹中进行了正负电极面积对天然气-空气混合气燃烧产生的离子电流影响的研究,并将高速摄影仪在燃烧过程中拍摄的纹影照片与相应的离子电流进行分析对比.结果表明:电极直径和所布置的圆盘面积等参数不影响离子电流曲线的形态,曲线均存在点火、前锋区、后焰区3个阶段,可以完整地体现燃烧信息;电极几何参数影响电流的幅值,而且正电极面积的影响大于负电极.     

离子电流法在不正常点火中的实验模拟

在定容燃烧弹上,利用离子电流法,通过测量燃烧过程中的离子电流信号,对不正常点火进行了检测,即通过调整两对点火电极之间的间隙和点火时间,来模拟发动机火花塞和排气门附近的早火和后火等不正常点火情况。结果发现:不正常点火时,离子电流波形在形状及幅值上与正常点火时存在较大的差异,即火花塞电极附近发生早火时,离子电流波形在主点火信号之前出现了离子电流;排气门附近发生早火或后火时,离子电流波形出现了2个峰值,该离子电流第1峰值大于正常点火时的第1峰值,第2峰值小于正常点火时的第2峰值。该结果可为发动机不正常点火检测提供依据,且方法简单、易行。