用于气体燃料的定容燃烧系统的开发与试验

开发了1种用于研究气体燃料燃烧特性的定容燃烧装置。该装置主要由燃烧弹本体、进排气、温控、压力采集、高速摄影及同步控制等系统组成。在该装置上进行了甲烷—空气混合气的燃烧试验,研究了混合气的初始压力、初始温度及当量比对燃烧压力的影响。结果表明:相同初始压力下,燃烧压力及压力峰值随初始温度的升高而降低,压力升高率有所增大;相同初始温度下,整个燃烧过程中的压力随初始压力升高而增大,压力升高率基本不随初始压力变化;随着的增加,燃烧压力峰值和压力升高率先增加后减小,并在φ=1.0时取得最大值,同时,燃烧压力出现峰值所用的时间随的增加先减少后增加,在φ=1.0时取得最小值。     

基于定容燃烧弹的单孔主动预燃室几何参数对燃烧特性的影响研究

基于定容燃烧弹试验平台,采用燃烧可视化方法研究了预混式单孔主动预燃室的几何参数对预燃室点火特性的影响。在火焰发展初期的定压燃烧过程中,将从点火开始到火焰面积达到燃烧弹可视窗口面积一半所用的时间定义为初期火焰发展时间,作为衡量不同几何参数下主动预燃室点火效果的参考指标：在不同喷孔孔径（2.0～4.0 mm）、不同预燃室通道内径（3.0～5.5 mm）、不同下端开口角度（0°～75°）的试验条件下,初期火焰发展时间的最大差异分别为9.3 ms、6.8 ms、2.9 ms,最终得出3个几何参数对单孔主动预燃室点火效果的影响程度排序由大到小依次为喷孔孔径、预燃室通道内径、下端开口角度。     

定容燃烧弹内闪沸燃烧研究

闪沸喷雾作为一种相变喷雾形式,在替代燃料和零碳燃料的燃烧方面具有重要意义。然而当前的研究大部分集中在喷雾形态研究上,对燃烧机理的研究较少。故本文使用定容燃烧弹对稀薄条件下的闪沸喷雾雾化和燃烧过程进行分析,重点研究闪沸喷雾特性、混合气着火特性、火焰传播特性和燃烧放热特性。结果表明,闪沸喷雾能有效降低着火延迟,提升火焰传播速度,从而有利于能量转换,实现更高的放热率和更高的放热量。并且闪沸喷雾火焰前端形状更加规则,表明更加稳定的火焰传播,有助于提升发动机的热效率和稀燃条件下的燃烧稳定性。     

汽油高压旋流喷雾的数值模拟和试验研究

建立了GDI的汽油喷雾和混合气形成的数值模型，对不同喷油压力、燃烧室背压对静态喷雾的影响做了数值模拟，并利用CCD相机在定容燃烧弹中对GDI发动机高压旋流喷油器产生的喷雾作了高速摄影，通过与模拟计算结果的对比，分析了汽油高压旋流喷雾的发展过程。     

高浓度CO2下添加甲苯对正庚烷着火特性的影响

为了对柴油在CO₂-O₂环境下的着火特性进行研究,建立了以70%正庚烷-30%甲苯混合物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对着火的阻燃效应,运用多元线性回归分析方法,得到了着火延迟时间与温度、密度以及浓度等之间的函数关系。结合正庚烷-甲苯耦合机理的仿真和可视化定容燃烧弹试验,对着火延迟时间模型进行了验证,并深入研究了不同工况下影响着火特性的重要因素。结果表明：该模型能较好地预测柴油在CO₂-O₂氛围下的着火延迟时间,且在50%CO₂环境下的平均误差为5.71%; CO₂的热效应对着火延迟时间的影响起主导作用,而当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,另外,CO₂浓度变化对OH自由基产率的影响很大。     

在用汽油车瞬态工况排放测试方法研究

通过对15辆车采用相同的底盘测功机,分别用汽车排放总量分析系统(VMAS)和定容采样系统(CVS)进行瞬态采样测试,并对测试结果进行了分析。阐述了VMAS由于系统测量精度、系统响应时间、工况变化等因素的影响,使得对HC、CO、CO2和NOx的测量与CVS有不同程度的偏差。但VMAS仍有较好的测试准确性和较低的成本,适用于在用汽油车检测。     

均温时间对发动机冷起动排放影响试验及结果分析

冷起动是发动机排放CO、HC和NOx等有害物最为严重的一个阶段.而在冷起动阶段,不同的环境、不同的时间、不同的状况、不同的燃油品质等,其排放值大小又各不相同,故排放法规中对此多作了相应的规定.而就发动机的均温时间(停机时间)对冷起动排放的影响展开研究,并通过试验及过程分析,定性地得出结论,对控制发动机有害物质的排放具有十分积极的意义.     

低热值气体燃料层流燃烧特性

在定容燃烧弹中开展了当量比、燃料组分、初始压力对低热值气体燃料层流燃烧特性影响的试验研究,建立了准维双区模型,基于在定容弹内实测的压力曲线,计算了规范化质量燃烧率.研究结果表明：燃料中氮气比例的增加导致压力峰值降低,火焰发展期和燃烧持续期增长;化学计量比附近的燃料燃烧进行的较充分,压力峰值最高,火焰传播速率最快,燃烧持续时间短;初始压力的增加使质量燃烧率下降,燃烧持续期有所延长.     

喷射参数对单喷孔CNG缸内直喷发动机混合过程的影响

利用数值模拟的方法,研究了喷孔直径、喷射脉宽和喷射提前角对单喷孔CNG缸内直喷的可燃混合气形成和浓混合气区域中心变化过程的影响,并利用纹影法对比了试验与仿真计算射流长度和宽度,验证了计算模型。结果表明,喷孔直径过小,浓区中心较偏向于燃烧室壁面,可燃混合气在涡旋受挤压后形成速度快;喷孔直径过大,涡旋受挤压后气体动能低,浓区中心靠近燃烧室壁面,缸内混合气形成较差;喷射脉宽增加,可燃混合气形成速度与总量增加,浓区中心靠近燃烧室壁面;当喷射脉宽过长,射流形态发生变化,影响了可燃混合气的形成;喷射提前角越小,涡旋受挤压后气体动能越大,可燃混合气生成速度越快,但可燃混合气受混合时间的影响,并且,浓区中心易受涡旋气体运动的影响;合理优化喷孔直径、喷射脉宽、喷射提前角均有利于获得均质混合气,但优化喷射脉宽和喷射提前角更有利于均质混合气的增加。     

电极间隙对离子电流的影响研究

采用不同间隙的电极测量定容燃烧弹中当量空燃比的天然气—空气混合气燃烧产生的离子电流,通过高速摄影仪拍摄火焰纹影照片,同时记录下燃烧室压力,对比燃烧室压力、火焰照片与离子电流发现,设计的测量电极可以检测离子电流,测量电极间隙的大小不影响离子电流曲线的形态,但随着电极间隙的增大,离子电流幅值减小,电流出现时间推后。