第12卷第5期燃燒科學(xué)與技術(shù)Vol 12 No 52006年10月Journal of Combustion Science and Technologyoct,2006乙醇燃料均質(zhì)壓燃的試驗(yàn)研究張紀(jì)鵬,董光宇,虞瀏,常國(guó)峰,夏元東(吉林大學(xué)汽車(chē)學(xué)院,長(zhǎng)春130025)摘要:利用多功能燃燒彈對(duì)乙醇進(jìn)行均質(zhì)壓燃性能的研究,具有邊界條件可控的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)在多功能燃燒模擬系統(tǒng)(多功能燃燒彈)中進(jìn)行了不同混合氣溫度對(duì)燃燒過(guò)程及不同空燃比對(duì)燃燒過(guò)程影響規(guī)律的試驗(yàn)研究混合氣溫度的升高將促使燃燒最高壓力、最大壓力升高率和放熱率增加,而且其峰值提前;隨空燃比的加大,燃燒壓力、壓力升高率和燃燒放熱率下降,且出現(xiàn)峰值的時(shí)刻推遲關(guān)鍵詞:燃燒彈;均質(zhì)壓燃;邊界條件中圖分類號(hào):TK431文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1006-8740(2006)05-041904Experimental Study on Alcohol HCCI CombustionZHANG Ji-peng, DONG Guang-yu, YU Liu, CHANG Guo-feng, XIA Yuan-dongCollege of Auto Engineering, Jilin University, Changchun 130025, China)Abstract: Study on alcohol HCCI combustion characteristics was conducted on a multi-functional combustion bomb so thatthe boundary conditions can be controlled easily. The effects of different intake air fuel mixture temperatures and different-fuel ratios on the combustion process were studied in the multi-functional combustion simulation system. It is found thatthe combustion with higher intake air fuel mixture temperature and lower air-fuel ratio makes a higher peak cylinder presure increasing ratio and a higher heat release ratios, and the peak heat release ratio will be advancedKeywords: combustion bomb; homogeneous charge compression ignition; boundary conditions為對(duì)醇類燃料燃燒邊界條件進(jìn)行系統(tǒng)的研究,筆燃燒彈利用壓縮活塞行程的控制使其幾何壓縮比者開(kāi)發(fā)了具有適應(yīng)多種燃料、多種著火方式的多功能在7~55內(nèi)可調(diào)燃燒彈的前部可根據(jù)試驗(yàn)項(xiàng)目和數(shù)燃燒彈口在此基礎(chǔ)上,利用多功能燃燒彈對(duì)乙醇燃據(jù)釆集方式的不同更換缸蓋缸蓋上設(shè)置有光學(xué)玻璃料均質(zhì)壓燃的相關(guān)燃燒特性進(jìn)行了試驗(yàn)本試驗(yàn)主要窗、缸內(nèi)動(dòng)態(tài)壓力傳感器溫度傳感器靜態(tài)壓力傳圍繞直接影響著火過(guò)程的混合氣濃度及混合氣溫度邊感器、火花塞、燃料噴射器、氣體供給閥、排氣閥等;燃界條件進(jìn)行2燒彈可根據(jù)需要進(jìn)行彈體加熱和保溫,其調(diào)溫范圍從環(huán)境溫度至200℃1多功能燃燒彈均質(zhì)混合氣的制備由空氣/燃料混合器和混合氣制備容器完成,需經(jīng)過(guò)兩個(gè)過(guò)程:首先利用文丘里1.1多功能燃燒彈的工作原理管原理將燃料與空氣進(jìn)行初步混合,并輸入到混合氣多功能燃燒彈的工作原理如圖1所示,動(dòng)力驅(qū)動(dòng)制備容器中;在容器中經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的加溫調(diào)制使燃料部分與燃燒彈的壓縮活塞相連接,由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)對(duì)與空氣混合,形成均質(zhì)狀態(tài)燃燒彈內(nèi)的均質(zhì)混合氣進(jìn)行壓縮著火中國(guó)煤化工CNMHG收稿日期:2005-11-08基金項(xiàng)目:國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973)資助項(xiàng)目(2001CB209206)雋鮫紀(jì)鵬(1956-),男,教授,pjhy@sna4燃燒科學(xué)與技術(shù)第12卷第5期燃?xì)夤┙o系噴油系STF3點(diǎn)火系驅(qū)動(dòng)氣光譜采集燃料/空氣預(yù)混合器處理系統(tǒng)儲(chǔ)氣筒STF2真空泵高壓氣泵圖1多功能燃燒彈原理示意1.2多功能燃燒彈的基本技術(shù)參數(shù)2.1不同混合氣溫度對(duì)燃燒過(guò)程的影響多功能燃燒彈的基本參數(shù)如表1所示混合氣溫度作為HCCI燃燒邊界條件之一,對(duì)燃燒過(guò)程具有非常重要的影響,其研究結(jié)果將會(huì)指導(dǎo)表1多功能燃燒彈技術(shù)參數(shù)HCCI在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用因此,本研究在對(duì)多種過(guò)量空氣系數(shù)情況下的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析后,認(rèn)為不同Rs多功能燃燒彈的過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)燃燒過(guò)程的影響規(guī)律具有基本相同活塞最高速度/(m·s-1)的特征,所以本研究在過(guò)量空氣系數(shù)為4時(shí),對(duì)不同混比范圍合氣溫度的燃燒過(guò)程進(jìn)行了研究和論述行程采樣速率/MHz2.1.1不同混合氣溫度對(duì)燃燒壓力的影響動(dòng)態(tài)壓力采樣速率/MHz圖2為混合氣溫度對(duì)燃燒壓力的影響,隨著混合彈體溫度控制范圍(作為壓縮型燃燒彈)℃環(huán)境溫度-200氣溫度的提高,最高燃燒爆發(fā)壓力提高,混合氣溫度在混合氣配給系溫控范圍/℃環(huán)境溫度~200160℃時(shí)其最高燃燒爆發(fā)壓力比100℃時(shí)的高lMPa;單次混合氣制備量/m0.018而且最高爆發(fā)壓力出現(xiàn)的時(shí)刻也隨混合氣溫度的提高缸徑x行程/mm35x175而提前,混合氣溫度160℃比100℃的最高壓力出現(xiàn)活塞平均速度/(m·s-1)點(diǎn)提前約5ms;燃燒時(shí)間縮短,燃燒持續(xù)時(shí)間約縮短最高燃燒壓力/MPa10ms.這一點(diǎn)說(shuō)明了混合氣溫度對(duì)乙醇的HCCI燃燒行程采樣精度/mm過(guò)程有著較大的影響動(dòng)態(tài)壓力采樣精度%彈體溫度控制范圍(定容燃燒彈)℃環(huán)境溫度~800混合氣配給系壓力限制范圍/MPa140℃混合氣體積濃度(燃/空比)配制范圍0-0.0032乙醇燃料均質(zhì)壓燃燃燒過(guò)程的試驗(yàn)研究乙醇均質(zhì)壓燃著火過(guò)程既包含著熱著火理論過(guò)程中國(guó)煤化工也包含有鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過(guò)程.因此,燃燒過(guò)程不僅受到CNMHG壓力的影響混合氣濃度的影響而且也受到混合氣物理邊界條件2.1.2不同混合氣溫度對(duì)燃燒壓力升高率的影響的影響,本文就不同的混合氣溫度及混合氣濃度對(duì)燃圖3為不同溫度的乙醇均質(zhì)混合氣燃燒的壓力升燒過(guò)程的影響進(jìn)行了探討高率曲線從圖可以看出,隨著混合氣溫度的升高,燃006年10月張紀(jì)鵬等:乙醇燃料均質(zhì)壓燃的試驗(yàn)研究燒過(guò)程壓力升高率增大,混合氣溫度為100℃、120燃過(guò)程有著巨大的影響對(duì)其研究可以了解到混合氣℃、140℃和160℃時(shí)的最大壓力升高率依次為0.22燃燒臨界邊界,對(duì)在發(fā)動(dòng)機(jī)上實(shí)現(xiàn)HCCI燃燒過(guò)程具M(jìn)Pa/ms、0.40MPa/ms、0.51MPa/ms和1.00有重要的指導(dǎo)作用.由于溫度、混合氣濃度對(duì)燃燒過(guò)程MPa/ms;最高壓力升高率產(chǎn)生的時(shí)刻提前,最大壓力的影響是雙重的,其組合試驗(yàn)邊界條件非常廣泛,很難升高率依次出現(xiàn)在80ms、6.5ms、5.2ms和4.3ms進(jìn)行全面試驗(yàn),所以試驗(yàn)是在混合氣溫度保持140℃、處,溫度越高出現(xiàn)的時(shí)刻提前量越大這一點(diǎn)充分說(shuō)明過(guò)量空氣系數(shù)為12和4的情況下進(jìn)行的隨著混合氣溫度的升高,混合氣的活化能增加,導(dǎo)致化2.2.1不同過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)燃燒壓力的影響學(xué)反應(yīng)速度增加、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)加快,從而導(dǎo)致最大壓力升圖5為不同過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)乙醇均質(zhì)混合氣燃燒高率增加、最大壓力升高率出現(xiàn)的時(shí)間提前壓力的影響曲線,在混合氣濃度較高的情況下,燃燒的最高壓力較高,同時(shí)壓力曲線較陡,當(dāng)混合氣過(guò)量空氣160℃系數(shù)為4時(shí),燃燒最高壓力為5.75MPa;過(guò)量空氣系數(shù)為2時(shí),燃燒最高壓力為6.05MPa;而當(dāng)過(guò)量空氣乏君e120℃系數(shù)為1時(shí),燃燒最高壓力可達(dá)到6.79MPa;隨著混0100℃合氣濃度的增加,燃燒最高爆發(fā)壓力出現(xiàn)的時(shí)間提前,過(guò)量空氣系數(shù)為1、2和4時(shí),最高峰值出現(xiàn)的時(shí)刻分別為6.4ms6.9ms和7.6ms.可以看出,混合氣濃度對(duì)燃燒壓力提前程度的影響低于混合氣溫度的影響,圖3混合氣溫度對(duì)壓力升高率的影響這說(shuō)明了均質(zhì)混合氣分子濃度對(duì)燃燒過(guò)程的影響不及分子能量的影響大,隨混合氣溫度增加,分子能量增2.1.3不同混合氣溫度對(duì)燃燒放熱率的影響加,促進(jìn)了燃燒反應(yīng)過(guò)程活化能的增加,從而導(dǎo)致燃燒圖4為不同溫度下乙醇均質(zhì)混合氣燃燒過(guò)程的放熱率曲線圖中顯示,隨著混合氣溫度的升高最高放速度的增加熱率增大,溫度在100℃、120℃、140℃、160℃時(shí),最高放熱率分別為7.1kJ/s、23.2kJ/s、27.5kJ/s、44.5kJ/s,160℃的最高放熱率可比100℃的最高放熱率增加近5倍;最高放熱率的變化規(guī)律隨溫度變化呈非線性關(guān)系;放熱率峰值出現(xiàn)的時(shí)刻隨溫度增加而提前7,溫度在100℃、120℃、140℃、160℃時(shí)第1個(gè)放熱率峰值所對(duì)應(yīng)時(shí)間分別為5ms、2.5ms、2.3ms和0m(出現(xiàn)0值的原因是燃燒彈著火相對(duì)時(shí)間參考點(diǎn)選取的結(jié)果),隨溫度的增長(zhǎng)放熱率峰值的提前時(shí)圖5過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)燃燒壓力的影響間呈逐漸減小趨勢(shì).這同樣說(shuō)明了混合氣溫度的升高2.2.2不同過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)燃燒壓力升高率的影響對(duì)乙醇均質(zhì)壓燃燃燒過(guò)程產(chǎn)生正向影響圖6為不同過(guò)量空氣系數(shù)λ對(duì)乙醇均質(zhì)混合氣燃160℃燒壓力升高率的影響隨著混合氣濃度的減小,最大壓力升高率下降,A為1、2和4時(shí),最大壓力升高率分別為1.4MPa/ms、1MPa/ms和0.51MPa/mns;而且峰值推遲,λ=2和A=4的峰值分別比λ=1時(shí)推遲0.3500℃ms和0.7ms.形成這一結(jié)果是因?yàn)榛旌蠚鉂舛冉档?單位空間的燃料分子數(shù)減少,參加化學(xué)反應(yīng)的量減少,10-5051015202530單位中國(guó)煤化工2.2放熱率的影響圖4混合氣溫度對(duì)放熱率的影響CNMH醇均質(zhì)混合氣放熱率的變化情況與燃燒最高壓力及壓力升高率的情況相22不同過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)燃燒過(guò)程的影響同,隨著混合氣濃度的減小最大放熱率下降,λ=1時(shí)混合氣空燃比作為重要的燃燒邊界條件對(duì)均質(zhì)壓最大放熱率值為130k/ms;A=2時(shí)最大放熱率值為422術(shù)第12卷第5期90kJ/ms,比λ=1的最大放熱率下降了近31%,而且發(fā)壓力、壓力升高率及放熱率的最大值降低,而且峰值峰值位置推遲1.3ms;λ=4時(shí)最大放熱率值為39.5推遲.kJ/ms,比λ=1的最大放熱率下降了近70%,其峰值相(3)混合氣濃度對(duì)最高燃燒壓力提前程度的影響應(yīng)A=1的情況推后2.9ms.這說(shuō)明混合氣濃度對(duì)放低于混合氣溫度的影響,說(shuō)明了均質(zhì)混合氣分子濃度熱率有較大的影響對(duì)燃燒過(guò)程的影響不及混合氣溫度的影響大參考文獻(xiàn):A-2[1]虞瀏多功能燃燒彈研制[D].長(zhǎng)春:吉林大學(xué)汽車(chē)學(xué)院,200Yu 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