高辛烷值燃料自燃的試驗(yàn)及模擬研究.pdf

1、隨著石油資源的日益緊張,利用高增壓以及缸內(nèi)直噴等技術(shù)對(duì)火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)小型強(qiáng)化已經(jīng)成為必然的發(fā)展趨勢。當(dāng)平均有效壓力上升至2.5MPa甚至是3MPa時(shí),高辛烷值燃料在火花點(diǎn)火之前,缸內(nèi)較高的溫度、壓力條件下出現(xiàn)了異常的自燃現(xiàn)象,被稱為早燃。早燃現(xiàn)象將引起缸內(nèi)燃料的迅速燃燒,形成具有破壞性的壓力波。早燃引起的問題已經(jīng)成為目前限制內(nèi)燃機(jī)性能提高的一個(gè)重要障礙,深入了解該現(xiàn)象的本質(zhì)、揭示其原理,對(duì)于避免早燃發(fā)生,以實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)一步的節(jié)能減排具有

2、重要意義。
　　本研究利用高壓縮比壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)高辛烷值燃料自燃,對(duì)其產(chǎn)生的壓力波特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。然后,根據(jù)熱點(diǎn)自燃及爆轟理論對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室熱力狀態(tài)下熱點(diǎn)引發(fā)周邊混合氣爆轟的邊界條件進(jìn)行了探討。最后,利用數(shù)值模擬手段,構(gòu)造了燃燒室簡化模型,對(duì)缸內(nèi)爆轟波及激波的傳播規(guī)律以及不同發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件對(duì)壓力、溫度場的影響進(jìn)行了詳細(xì)分析。
　　研究結(jié)果表明,1)高辛烷值燃料的自燃概率隨著濃度的上升呈明顯的增大趨勢,且這種異常的自燃現(xiàn)

3、象發(fā)生都具有間歇發(fā)生的特點(diǎn);2)在發(fā)生自燃的循環(huán)中,伴隨著混合氣濃度上升,自燃著火時(shí)刻有所延遲,進(jìn)而使其產(chǎn)生的壓力振蕩幅值和頻率都有明顯增加;3)當(dāng)混合氣濃度一致的情況下,活塞上行階段自燃造成的最高燃燒壓力、最大壓力振蕩幅度以及最大壓力升高率較活塞下行時(shí)更大;4)由線性相關(guān)分析得,以質(zhì)量燃燒分?jǐn)?shù)為10％對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角(MBF10)評(píng)價(jià)這類高辛烷值燃料早燃引起的超級(jí)爆震強(qiáng)度最為合適。
　　通過熱點(diǎn)自燃理論及數(shù)值模擬得出,1)在合適的

4、溫度梯度下,熱點(diǎn)內(nèi)部自燃速度與壓力波速度接近,能夠使二者產(chǎn)生耦合效應(yīng),迅速增強(qiáng)成爆轟波,且這種趨勢隨著發(fā)動(dòng)機(jī)平均有效壓力的上升而增大;2)CFD軟件能夠準(zhǔn)確捕捉到缸內(nèi)爆轟波及激波形成的強(qiáng)間斷,符合爆轟波ZND模型。缸內(nèi)的爆轟波、及激波將在燃燒室的幾何中心及尖角處產(chǎn)生極高的壓力與溫度峰值。當(dāng)過量空氣系數(shù)為0.9左右時(shí),缸內(nèi)爆轟波及激波產(chǎn)生的壓力、溫度峰值最高,而偏離此值越遠(yuǎn),壓力、溫度峰值越小;3)引入EGR也能夠有效降低機(jī)體危險(xiǎn)點(diǎn)處的壓