基于Python的CO2/O2氛围下柴油燃烧火焰特征分析

为分析柴油在CO2/O2氛围下燃烧的火焰特征,利用光学定容燃烧室测试并拍摄了6种不同工况下的柴油燃烧过程. 基于自编的Python代码对火焰图像进行后处理,提取出火焰浮起长度、红绿分量比、平均亮度、相关性系数、面积变化率和重叠率等特征参数并进行分析. 结果表明：在空气和CO2/O2氛围下,柴油火焰浮起长度和相关性均随燃烧进程先增大后减小再增大,平均亮度则先增大后减小,其在空气下和35% CO2+65% O2氛围下的峰值分别为210.75 px和138.89 px. 在火焰发展阶段,红绿分量比保持在0.8~1.2之间,而在火焰熄灭阶段,随着CO2浓度减小和O2浓度增大,红绿分量比有所减小. 与在空气下燃烧相比,柴油在CO2/O2氛围下的燃烧火焰形状更加细长,湍流现象更加明显,火焰浮起长度缩短,平均亮度下降.     

高浓度CO2对柴油着火延迟特性的影响

为了研究柴油在高浓度CO2下环境中的着火延迟特性,提出了适用于该环境下的着火延迟时间公式。该公式考虑了CO2的热效应和第三体效应对着火延迟的影响,分析了CO2摩尔浓度与着火延迟的关系,运用chemkin模拟了CO2对OH自由基生成速率的影响。对该环境下柴油的着火问题进行了定容燃烧弹的可视化实验研究和仿真计算。结果表明：着火延迟时间公式在CO2浓度小于60%时能够有效表达CO2对着火延迟时间的影响;CO2浓度大于60%时,反应H2O2+M→2OH+M中的第三体效率降低导致着火延迟增长变慢。     

汽油在O2/CO2氛围下燃烧特性试验

基于定容燃烧可视化光学平台,模拟缸内直喷(GDI)汽油机缸内燃烧环境,研究汽油在O2/CO2氛围和空气氛围下均质燃烧特性以及火焰传播特性,研究结果表明当循环喷油量一定时,相比于空气氛围,汽油在氧气浓度为40%的O2/CO2氛围下燃烧的压力升高率提高了1.8倍,着火落后期和明显燃烧期缩短近50%,放热率的峰值增大了近1倍,且峰值相位提前。过量空气系数对汽油在O2/CO2氛围下燃烧的影响较大,化学当量比时放热率的峰值达到最大,随着过量空气系数增大,最大燃烧压力增大,最大压力升高率下降,放热率的峰值下降,且峰值相位后移,反应速率下降,明显燃烧期增大,且火焰传播速度明显下降。     

正庚烷在O2/CO2环境中的着火特性

为准确预测正庚烷(n-C_7H_(16))在O_2/CO_2环境中的着火延迟,提出了Chalmers 1(C1)化学动力学机理。该机理包含32个组分和96个反应,考虑了CO_2对正庚烷着火延迟的影响,计算了不同CO_2体积分数条件下的着火延迟时间。建立了定容燃烧弹(constant volume combustion chamber, CVCC)可视化试验平台在5个工况下对机理进行了验证,对CO_2的热效应、第三体效应和各基元反应对着火的敏感性进行了分析。结果表明:该机理能够预测正庚烷在不同体积分数比的O_2/CO_2环境中的着火延迟时间,与试验数据相比,最大误差6.5%,最小误差1.4%。CO_2的第三体效应导致着火延迟在工况1(65%O_2/35%CO_2)中缩短了6%,在工况5(30%O_2/70%CO_2)中缩短了27.3%。     

O2/CO2气氛下混煤燃烧过程中NOx排放特性

在滴管炉上对无烟煤、烟煤及其混煤在O2/CO2气氛下燃烧时的NOx排放特性进行了研究,重点分析了燃烧气氛、温度、氧浓度、掺混比例等对NOx排放浓度及氮转化率的影响.实验结果表明,较之O2/N2气氛下,无烟煤与烟煤在O2/CO2气氛下混烧时NO排放浓度平均低大约12%;随O2体积分数增加,NO排放浓度仅小幅增加;随混煤中无烟煤所占比例的增加,NO排放浓度先减小后增加,当无烟煤/烟煤比例为1:1时,其达到最小值;混煤的氮转化率随混煤中无烟煤比例的增加而逐渐减小.混煤的氮转化率与掺混比例有较大的关联,但并非简单的线性关系.     

O2/CO2气氛下燃煤过程中NOx排放特性实验研究

利用沉降炉在O2/CO2和O2/N2气氛下对煤粉燃烧过程中NOx排放特性进行实验,研究了不同停留时间、燃料/氧化学当量比、温度等因素对燃煤过程中NOx的排放特性的影响,并对2种燃烧方式下NOx的排放特性进行对比.结果表明:在O2/CO2气氛下NOx的生成量远远低于空气气氛下NOx的生成量,其主要原因是在O2/CO2气氛中高CO2质量浓度导致气氛中生成较高含量的CO,从而在未燃烧碳表面发生NO/CO/Char的反应,促进了NO还原为N2;O2/CO2气氛中没有N2,避免了热力型NOx和快速型NOx的生成;约80%的再循环烟气致使NOx的停留时间大为增加,即延长了NOx的还原反应时间,从而降低了NOx的排放.     

O2/CO2气氛下CH4火焰温度特性的实验研究

对O2/CO2燃烧方式下反应器内CH4火焰的温度特性进行了研究，结果表明：在还原性气氛下，初始CO2浓度的升高对CH4火焰高温区的影响是消极的，在完全燃烧和氧化性气氛下，初始CO2浓度的存在对CH4火焰温度分布的影响则比较复杂，存在一个初始CO2浓度临界点，在此临界点前后，CO2浓度对CH4火焰的温度水平分别有着不同的影响；同时在高浓度的CO2气氛下，整个火焰的温度分布趋于平均化。     

N2和CO2稀释对CH4/O2扩散火焰反应区和结构特性的影响

利用紫外成像系统获得了CH_4/O_2同轴射流扩散火焰的OH*二维辐射分布,并对其进行了Abel逆变换处理。基于OH~*分布特性的变化,重点探究了氧化剂中N_2和CO_2体积分数对火焰反应区和结构特性的影响,并进一步比较了两种稀释火焰反应区和结构特性的区别。结果表明:随稀释剂体积分数增加,火焰更加细长。在稀释剂体积分数相同的条件下,CO2稀释时火焰具有更为狭窄的火焰锋面,且OH*辐射强度显著低于N_2稀释火焰。稀释剂体积分数的增加使OH~*的生成机理发生改变,从而导致火焰的核心反应区发生位移。火焰反应区的轴向高度随稀释剂体积分数的增加呈先增大后减小的变化趋势。与N_2稀释火焰相比,反应机理转变对CO_2稀释火焰反应区轴向高度的影响更大。     

高浓度CO2对70%正庚烷+30%甲苯着火延迟的影响

为了研究柴油在O2/CO2环境下的着火延迟时间,建立了以70%正庚烷+30%甲苯作为柴油表征燃料的着火延迟时间模型,该模型考虑了高浓度CO2对着火的阻燃作用,得到了着火延迟时间与温度、环境密度以及O2、CO2气体浓度等之间的函数关系。利用正庚烷/甲苯机理的仿真计算和定容燃烧弹可视化试验,对不同CO2体积分数下的着火延迟时间和影响着火发生的重要基元反应进行深入研究。结果表明：该模型能够预测柴油在O2/CO2环境下的着火延迟时间,且在50%CO2环境下计算和实验的平均误差值为5.71%;CO2的热效应对着火延迟时间的影响起主导作用,同时当CO2体积分数大于60%时,CO2的第三体碰撞效应对着火发生的促进作用显著增强。     

O2/CO2气氛下燃煤过程中SO2排放特性实验

通过沉降炉对O2/CO2气氛和空气气氛下煤粉燃烧过程中SO2排放特性进行实验,结果表明,随燃料/氧化学当量比的增加,烟气中SO2浓度升高,单位煤生成SO2的量随燃料/氧化学当量比的增加而减少.在实验条件下,不加石灰石时,气氛和温度对SO2的生成无明显影响,SO2的生成量只与煤中含硫量以及煤的种类有关.当煤中加入石灰石后,O2/CO2气氛下SO2的排放量远小于空气气氛下,这主要是因为石灰石在O2/CO2气氛下取得的脱硫效率大大高于空气气氛下的脱硫效率.     

模拟海拔高度对柴油机燃烧影响的可视化试验

在定容燃烧弹内模拟一款重型柴油机喷油时刻的缸内热力学状态,基于高速摄影开展了不同海拔高度下柴油燃烧的可视化试验研究。结果表明,海拔高度对着火延迟、着火距离、升举长度、卷吸空气比率以及火焰亮度等都有显著的影响,海拔从0 m升高到4 500 m时,着火延迟由0.67 ms延长至1.04 ms,着火距离由22.09 mm增大到37.03 mm;升举长度由23.1 mm增大到34.5 mm;卷吸空气比率由12.0%增大到14.0%;空间积分火焰亮度峰值减小,且空间积分火焰亮度峰值的变化幅度和卷吸空气比率的变化幅度都随海拔升高而减小;时间积分火焰亮度减小,碳烟生成总量减少。     

Effects of Excess Air Coefficients on Combustion Characteristics of N-butanol by a Constant Volume Combustion Bomb

The effects of excess air coefficients on the combustion characteristics have been experimentally investigated by means of a constant volume combustion bomb.N-butanol was tested as the research fuel at different air-fuel equivalence ratios.Through the discussion of the combustion pressure,the combustion temperature,accumulated heat release,ignition delay and combustion duration,the effects of the excess air coefficient on combustion characteristics is clarified.Experimental results show that near the theoretical air-fuel ratio,the combustion rate is the fastest accompanying with shorter combustion duration while the combustion pressure and temperature reach the maximum.With increase or decrease of the excess air coefficient the combustion pressure,the temperature and the heat release reduce.Simultaneously,the combustion timing is deferred and the combustion duration becomes longer.     

一种新型含氧燃料对柴油机燃烧特性的影响

为解决柴油机的碳烟颗粒和氮氧化物排放难以同步降低的矛盾,在一台TY1100直喷柴油机上对新设计的一种含氧添加剂乙酸-2-甲氧基乙酯(MEA)和柴油的混合燃料进行了燃烧和排放的试验研究.结果表明:MEA可与柴油实现良好的互溶;在相同的工况下,随着混合燃料中MEA比例的增加,柴油机缸内的最高压力变化较小,但滞燃期略有延长,瞬时放热率增加,燃烧持续时间变短;MEA可以显著降低柴油机的碳烟排放,可使HC和CO的排放有一定程度的降低,但对发动机NOx的排放没有明显的影响;在不改变发动机结构参数的条件下,当燃用体积分数为15%的MEA混合燃料时,发动机的碳烟排放平均降低约50%,发动机的标定功率下降约5%,而热效率提高约2%.     

柴油机燃用柴油/乙醇混合燃料的燃烧特性

分析了柴油机燃用柴油/乙醇混合燃料的燃烧特性和放热规律,研究了相同十六烷值条件下混合燃料中含氧量对燃烧特性和放热过程的影响,为柴油机燃用含氧混合燃料提供理论指导和试验依据.研究结果表明:十六烷值改进剂(亚硝酸异戊酯)的体积分数为0.2%时,可使其着火性能与乙醇的体积分数减小10%时的水平相当.当保持十六烷值不变,混合燃料中氧的质量分数提高3.6%,扩散燃烧期和总燃期的曲轴转角平均缩短0.8°,中高负荷放热率曲线型心位置的曲轴转角向上止点平均靠近0.25°,可以认为,试验结果反映了混合燃料含氧量对燃烧的影响.     

改善直喷式油膜雾化燃烧性能的研究

文本对直喷式柴油机油膜雾化燃烧系统进行了燃烧调试．阐述了对改善燃烧性能的诸影响因素和见解．探索了改善油膜雾化燃烧性能的规律并进行了机理分析．     

Effects of Medium temperature on lean burn combustion duration of n-butanol

In this study,we did exploratory tests on the combustion duration of n-butanol,of which the object was lean mixture whose excess air ratio is 1.6,the independent variable was the initial temperature of combustion bomb.We did combustion tests on constant volume combustion bomb by changing the boundary conditions of the medium temperature.And we got its influence rules on the combustion duration of n-butanol,analyzing the combustion characteristic parameters about cylinder pressure,pressure rise rate,the combustion temperature,temperature rise rate,heat release and heat release rate.The results show that: With the increasing of medium temperature,the combustion duration is shortened significantly.     

ZS195柴油机无氮（O2/CO2）燃烧的排放特性

文章介绍了ZS195柴油机无氮(O2/CO2)燃烧试验装置,对柴油机在无氮进气条件下的起动性和排放特性进行了试验研究,试验结果表明,无氮进气(O2/CO2)的混合程度对发动机的运行有显著影响,无氮进气条件下,进气中O2体积分数为0.6时,柴油机排放中NOx排放量与常规进气相比显著降低,HC、CO的排放量略有增加。     

直喷式柴油机燃用F-T柴油时燃烧特性的研究

根据实测的喷油器针阀升程和示功图，对一台单缸、直喷式柴油机燃用Fischer—Tropsch（F—T）柴油时的燃烧放热规律进行了计算，并系统分析了其燃烧特性．研究结果表明：与0号柴油相比，F—T柴油的喷油延迟角和喷油持续期稍长，滞燃期平均缩短了18．7％，预混燃烧放热峰值平均降低了26．8％，扩散燃烧放热峰值较高，快速燃烧期较短，燃烧持续期相当；燃用F—T柴油时的最高燃烧压力略低，最大压力升高率显著降低，燃烧噪声和机械损失较小，有效燃油消耗率和有效热效率得到了改善．