高海拔模拟环境下柴油机燃烧粗暴可视化试验研究

基于一台可视化快速压缩机试验平台,结合高速摄影和瞬态压力测试等手段,通过调控燃烧边界条件开展了高海拔(4 500 m)模拟环境下柴油机燃烧粗暴可视化试验研究.选择4种不同十六烷值(CN)的柴油燃料,研究了喷油压力和燃料十六烷值对柴油喷雾撞壁过程和燃烧粗暴强度的影响.研究结果表明:燃油喷雾撞壁和燃料十六烷值对燃烧粗暴特性影响显著.在喷雾撞壁工况下,提高喷油压力会使自燃时刻提前,自燃反应前锋的传播速度加快,燃烧粗暴强度增加;在相同喷油压力情况下,延长喷雾撞壁距离却使峰值压力显著下降,同时降低了燃烧粗暴倾向.同时,低十六烷值燃料的燃烧粗暴倾向明显高于高十六烷值燃料.然而,对于CN<45的柴油而言,降低十六烷值并不会使燃烧粗暴强度发生显著变化,说明低十六烷值燃料的燃烧粗暴特性对喷油压力和撞壁距离更加敏感.通过分析高速摄影图像发现,燃烧粗暴起源于近壁面混合气自燃,超音速自燃反应前锋在封闭燃烧室中的传播可诱发压力振荡,从而有可能会加速燃烧室核心部件损坏和烧蚀.研究结果对于高海拔重型柴油机燃烧过程优化和燃烧粗暴控制具有重要现实意义.     

燃烧边界条件对异辛烷自然及爆震的影响

爆震现象是限制现代高强化内燃机热效率大幅度提高的关键技术瓶颈,而目前其机理尚不完全清楚.针对高强化内燃机在低速大负荷条件下存在的爆震及超级爆震异常燃烧现象,基于一台重复性良好的可视化快速压缩机,以自燃理论与现有爆震机理为理论基础,以测量燃烧室内瞬态压力以及分析高速摄影燃烧图像为主要研究手段,开展了燃烧边界条件对异辛烷-空气混合气自燃及爆震影响的试验研究,量化研究了有效能量密度、自燃模式与爆震强度之间的影响关系,初步探索了壁面温度对爆震强度的作用机理.结果表明:在当前试验工况下,随着初始温度的提高,异辛烷自燃时刻逐渐提前,爆震强度逐渐增强并出现了超级爆震;与初始温度对自燃时刻及爆震的影响规律类似,自燃时刻、爆震特性与初始压力呈正相关性;在当量比趋近于1时,异辛烷爆震强度显著增强并出现了超级爆震,而在当量比稍浓时有所减弱;但是综合而言,相较于初始温度,爆震强度对初始压力和当量比更加敏感;同时,爆震强度与可燃混合气有效能量密度密切相关,随着有效能量密度提高,正常燃烧逐渐向强烈爆震和超级爆震转移;另外,壁面温度对爆震强度也具有重要影响,相同有效能量密度条件下,壁面温度越高,爆震强度越强,甚至会诱发超级爆震.     

发动机进气温度对稀薄燃烧稳定性影响的可视化研究

稀薄燃烧稳定性是先进天然气发动机稳定高效清洁燃烧的重要指标．为了进一步探索改善天然气发动机稀薄燃烧性能的方法,本文基于一台高压缩比单缸光学发动机,采用高速摄影和瞬态压力同步测量方法,研究了进气温度对天然气发动机稀薄燃烧特性的影响,量化了火焰发展演变与发动机性能之间的关联性．研究表明：提高进气温度可以提升缸内压力和放热率峰值,进气温度从25℃到75℃,峰值压力从3.71 MPa提升至4.49 MPa,峰值放热率从57.17 J/(°CA)提升至64.36 J/(°CA),并且放热过程更为集中,同时结合发动机点火时刻,可进一步实现燃烧相位优化,降低传热损失;可视化燃烧图像显示,高进气温度条件下着火延迟期缩短,初始火焰尺寸增大,后期火焰传播更快,最大火焰传播速度提升至约10.6 m/s,同时火焰前锋趋于向四周传播,火焰形态对称性更好．此外,本文创新性地提出了一种基于可视化图像来量化的已燃质量分数的经验准则来评价初期火焰发展特性,发现提升进气温度主要影响早期火焰发展规律,高进气温度下早期火焰循环变化系数从18.12%降低至7.86%,并且该持续期平均值从13.03°CA降低到了9.25°CA,...     

辛烷值敏感性对GCI发动机低负荷稳定性的影响

本文结合单缸机试验和多循环大涡模拟,采用辛烷值相同而敏感性不同的燃料,研究了辛烷值敏感性对汽油压燃发动机燃烧稳定性的影响．结果表明：辛烷值敏感性显著影响了燃烧稳定性,随着燃料辛烷值敏感性的增加,燃烧稳定性降低;同时,高温着火时油气混合越均匀,参与高温燃烧的混合气越多,燃烧越完全．辛烷值敏感性为5.3的燃料低温放热率更高,低温冷焰诱发小幅度温度升高改善混合气均匀性,但由于低温放热的循环变动更大,导致部分循环的混合气均匀性改善效果不明显．因此,燃料低温放热比例循环变动和高温着火时混合气均匀性循环变动是导致GCI发动机燃烧不稳定的主要原因．     

基于缸内压力振荡的冷EGR对汽油机爆震特性的影响

基于内燃机缸内压力波动方程研究了冷废气再循环(EGR)对汽油机爆震特性的影响.由KIVA-3V燃烧程序的三维流场推导出内燃机缸内压力波动方程,并分别从均值压力和波动压力角度来讨论冷EGR对汽油机爆震的影响规律.分析了不同冷EGR率下燃烧室温度、均值压力和波动压力等燃烧特性.结果表明:随着冷EGR率的增加,缸内燃烧温度、压力升高率大大降低,燃烧持续期明显增加;同时,缸内压力波动幅值明显降低而均值压力变化不大,可见引入适当的冷EGR率对汽油机高频压力振荡有很好的抑制作用.最后,对缸内压力波动进行频谱特性分析,探讨了燃烧室空腔共鸣和发动机爆震之间的关系.     

基于光学发动机的PODE燃烧特性试验研究

聚甲氧基二甲醚(PODE)是一种理想的柴油替代燃料,具有明显的低、高温化学反应,显著影响发动机着火性能及燃烧放热特性.在双燃料发动机中,PODE通常作为高活性燃料引燃低活性燃料,但目前关于纯PODE燃烧研究很少.本文基于一台单缸光学发动机,结合瞬态缸压采集和高速摄影同步测试方法,获得了缸压、放热率、滞燃期、燃烧持续期、...