可控熱氛圍下柴油噴霧自燃及燃燒特性的研究.pdf

1、冷焰反應條件下的均質混合氣的自燃和燃燒特性及其相關影響因素和邊界條件，是發(fā)動機實現(xiàn)HCCI燃燒控制的關鍵。針對此問題，本文研發(fā)了一套可控活化熱氛圍燃燒試驗系統(tǒng)，提出了一種利用起升火焰基部三重火焰區(qū)域研究液體燃料均質混合氣自燃的方法，深入研究了不同協(xié)流溫度下的液體噴射起升火焰的自燃及燃燒特性、火焰穩(wěn)定機理和影響燃燒穩(wěn)定性的決定性因素——臨界溫度，并研究了燃料特性、噴霧霧化質量、噴射系統(tǒng)參數(shù)以及添加劑成分及濃度對臨界溫度的影響。 基

2、于Dibble燃燒器的原型，研發(fā)了可控活化熱氛圍燃燒器，并對其操控特性進行了研究。在此基礎上，搭建了完整的活化熱氛圍燃燒試驗系統(tǒng)軟件、硬件平臺。研究結果表明：該系統(tǒng)可實現(xiàn)發(fā)動機IICCI燃燒第一階段低溫放熱的溫度場；在圍繞噴嘴中心半徑為40mm的圓柱體范圍內，軸向距離從噴嘴口到150mm的噴射下游的寬廣空間范圍內，協(xié)流溫度可以保持均衡而溫度波動僅5K，從而為噴射火焰在不同熱氛圍下的自燃及燃燒特性研究提供了試驗平臺。 針對液體燃料

3、均質混合氣制備困難的問題，提出了研究液霧起升擴散火焰的火焰基部均質帶，從而研究液體燃料均質混合氣自燃及其火焰穩(wěn)定性影響因素的方法，并驗證了該方法的可行性。 研究了活化熱氛圍中柴油低壓噴射液霧火焰和高壓噴霧火焰的自燃及燃燒特性。低壓噴射結果表明：自燃點位置隨協(xié)流溫度的上升而趨近于噴嘴口；滯燃期隨協(xié)流溫度呈明顯的兩階段變化規(guī)律，在較低的協(xié)流溫度下，滯燃期對溫度很敏感，溫度變化26K可導致自燃延遲4ms以上。隨著協(xié)流溫度上升，滯燃期隨

4、溫度變化而變化的幅度減小。低協(xié)流溫度時柴油噴霧穩(wěn)定火焰的起升高度隨溫度的升高而急劇減??；高協(xié)流溫度時火焰起升高度變化減緩；當協(xié)流溫度到達1127K(±3K)時，火焰已基本穩(wěn)定在噴嘴口附近。當協(xié)流溫度低于1022K(±3K)時，已很難形成穩(wěn)定的起升火焰。 研究了高壓柴油噴霧在熱氛圍中的多點自燃現(xiàn)象以及噴射系統(tǒng)參數(shù)對自燃及燃燒穩(wěn)定性的影響，結果表明：常壓下柴油噴霧滯燃期受協(xié)流溫度的影響較大，呈非線性下降趨勢，并總結出柴油滯燃期的經(jīng)驗

5、公式；噴油系統(tǒng)參數(shù)對柴油噴霧滯燃期和火焰起升高度存在一定的影響，但影響程度與協(xié)流溫度有關。噴油系統(tǒng)參數(shù)對滯燃期的影響主要體現(xiàn)在兩個方面，即改善噴霧效果從而降低物理滯燃期，以及由于噴霧錐角或貫穿速率增加引起的物理滯燃期縮短。 在協(xié)流中添加了不同濃度的活性抑制劑CO<,2>或活性促進劑H<,2>O<,2>溶液，研究添加劑成分及濃度對自燃特性、碳煙排放的影響，結果表明：協(xié)流中CO<,2>濃度大小對噴霧的自燃具有明顯作用，隨著CO<,2

6、>濃度增加，柴油噴霧在熱氛圍中的滯燃期明顯延長，起升高度增加；隨著協(xié)流溫度的降低或CO<,2>濃度的增加，碳煙排放減小。加水后柴油噴霧的滯燃期延長，碳煙排放降低；隨著協(xié)流中H<,2>O<,2,>濃度的增加，滯燃期逐漸減小，碳煙排放先增加、后降低?？偨Y了火焰起升高度與碳煙排放的關系，從總體趨勢上看，隨著起升高度上升，碳煙排放下降。研究了中央噴射柴油燃料的起升火焰的基部高度變化，發(fā)現(xiàn)不同協(xié)流溫度下中央噴射起升火焰的不同穩(wěn)定機理：協(xié)流溫度較高

7、時，火焰的穩(wěn)定由湍流火焰的傳播主導；而在較低的協(xié)流溫度下，火焰的穩(wěn)定則由自燃主導。 提出了影響均質混合氣穩(wěn)定自燃的決定因素——臨界溫度(T<,C>)的概念，提出了臨界溫度的兩個判斷標準并驗證了它們的一致性。研究了燃料特性、噴霧質量、噴射系統(tǒng)參數(shù)、活性抑制劑以及活性促進劑的濃度對臨界溫度的影響。低壓柴油液霧的臨界溫度約為1074K，由于霧化效果的改善，高壓柴油噴霧的臨界溫度約為1048K。燃料特性的不同導致其臨界溫度不同，在本試驗

8、條件下，不同燃料所對應的臨界溫度關系為：T<,C柴油>；T<,C正庚烷>。噴射系統(tǒng)參數(shù)對臨界溫度存在一定的影響：增大噴孔直徑、提高啟噴壓力或油泵轉速，使噴霧的霧化效果增強，臨界溫度呈現(xiàn)減小的趨勢。隨著協(xié)流中CO<,2>濃度增加，臨界溫度增加。隨著H<,2>O<,2>濃度上升，協(xié)流中OH活性基成分濃度增加，臨界溫度下降。 研究了中央噴射火焰的HC濃度瞬態(tài)分布特性與燃燒過程及協(xié)流溫度對中央噴射火