爆震波致使內(nèi)燃機(jī)燃燒室內(nèi)超壓形成機(jī)理研究.pdf

1、爆震是內(nèi)燃機(jī)一種常見的異常燃燒現(xiàn)象，其由來已久。這種異常燃燒現(xiàn)象極具破壞力，能在爆震循環(huán)內(nèi)將內(nèi)燃機(jī)相關(guān)零部件破壞失效，使得內(nèi)燃機(jī)無法繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下去。對于這種爆震，通過提高燃油辛烷值，推遲點(diǎn)火等措施暫時(shí)得以規(guī)避。然而近年來，隨著新型燃燒方式和發(fā)動機(jī)小型化的廣泛應(yīng)用，在缸內(nèi)直噴和增壓發(fā)動機(jī)上出現(xiàn)一種新的燃燒問題——超級爆震。該爆震發(fā)生時(shí)，缸壓振幅可達(dá)25 MPa；震蕩頻率可達(dá)10 kHz。這種高頻、高振幅的壓力震蕩持續(xù)出現(xiàn)，更易導(dǎo)致活塞等部件

2、在爆震循環(huán)內(nèi)被燒毀，火花塞被擊折。由于超級爆震發(fā)生于火花點(diǎn)火前，無法通過常規(guī)手段進(jìn)行抑制，因而爆震再一次成為研究重點(diǎn)。一直以來，國內(nèi)外學(xué)者對于爆震的認(rèn)識都只局限于宏觀表象方面，對其的規(guī)避也只是用一些宏觀手段來實(shí)現(xiàn)。然而，爆震產(chǎn)生的機(jī)理，特別是對零部件的破壞機(jī)理尚不清晰，阻礙了從發(fā)動機(jī)上將其根除。因此，深入了解爆震及其帶來破壞現(xiàn)象的機(jī)理，對于避免爆震對發(fā)動機(jī)相關(guān)零部件的破壞具有重要意義。為此，本研究重點(diǎn)開展以下幾方面工作，以闡明爆震對活塞

3、等部件損壞的機(jī)理。
　　首先，引入了非線性沖擊波理論。在烈性爆震下，其壓力振幅已經(jīng)和缸內(nèi)靜壓處于同一數(shù)量級上，這已經(jīng)不能再用傳統(tǒng)的小擾動聲波的方法來對其進(jìn)行解釋了。該高幅值、高頻的壓力波動已經(jīng)進(jìn)入了非線性范疇。因而本研究采用DDT，爆燃轉(zhuǎn)爆轟的方法對其進(jìn)行闡釋。認(rèn)為烈性爆震是以爆燃的形式開始發(fā)展，隨著爆燃火焰面的擴(kuò)展，火焰面會逐漸加速，并且會耦合上燃燒產(chǎn)生的壓力波，從而形成強(qiáng)烈的非線性沖擊波。這種強(qiáng)烈的非線性沖擊波在缸內(nèi)不斷來回反

4、射，宏觀就表現(xiàn)為缸壓曲線的劇烈波動。
　　其次，建立了沖擊波在封閉空間里作用的數(shù)學(xué)模型。以歐拉方程作為計(jì)算流體力學(xué)的控制方程，采用破膜法，在流體區(qū)域形成壓差，最終導(dǎo)致沖擊波的形成。再通過激波捕捉法，捕捉缸內(nèi)沖擊波的發(fā)展、反射以及匯聚的過程，從而研究爆震發(fā)生時(shí)，缸內(nèi)的沖擊波行為。
　　最后，針對沖擊波在發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)的作用開展了研究。本研究通過計(jì)算流體力學(xué)分析軟件Fluent開展二維數(shù)值模擬。通過對具有代表性的兩種燃燒室結(jié)構(gòu)—