甲烷掺氢自点火非平衡态热力学[火用]损分析

为明晰天然气掺氢发动机非平衡燃烧过程主要[火用]损源,本文利用自点火压力时程对文献中5个代表性CH_(4)/H_(2)燃烧动力学模型性能进行再评估,基于非平衡态热力学理论初步建立了基元反应[火用]损评估方法,结合详细动力学模型分析了不同约束条件下(温度、当量比、掺氢比)CH_(4)/H_(2)混合气自点火过程中基元反应[火用]损贡献及其变化规律。结果表明,反应初始温度升高,化学反应[火用]损减少,不完全燃烧损失增加。H_(2)掺混虽未显著降低CH_(4)燃烧最低[火用]损值,但有效扩展了CH_(4)低[火用]损燃烧区。对比了不同温度、不同掺氢比下[火用]损速率和总[火用]损的时程演化,分析了H_(2)和H自由基产率及其主导基元反应[火用]损贡献,揭示了初始温度和掺氢对燃烧[火用]损影响的动力学机制。进一步对比不同反应路径关键物种吉布斯自由能,从热力学角度解释了CH_(4)高/低温氧化路径[火用]损差异。研究结果在基元反应水平上揭示了H_(2)介入对CH_(4)燃烧[火用]损的影响机制,可为探索减少天然气掺氢发动机[火用]损的控制方法提供理论依据。

正庚烷氧化基态OH基浓度时程吸收光谱诊断

为了提供宽温度范围下正庚烷模型的微观验证数据,利用激波管反射激波方法结合紫外吸收光谱诊断技术,以OH基的A-X(0,0)跃迁R 1(5)谱线中306.6868 nm为中心诊断波长,测量了温度1197~1690 K、压力150 kPa、当量比1.0、燃料初始体积分数0.1%下,正庚烷/氧气/氩气混合气氧化过程中OH基浓度时程。结果表明,激波管真空度和漏气率是影响OH基浓度峰值的主导因素,结果分析中必须给予考虑以确保实验结果的准确性。实验观测到了正庚烷氧化过程OH基浓度时程演变的3种形态,发现入射激波引起的非理想物理边界层效应对OH基浓度时程测量影响显著。与已有的5个代表性正庚烷模型预测值比较发现,当前工况下模型可准确预测各温度下OH基浓度时程演变趋势,但各模型在同时预测宏观点火延迟和微观OH基浓度方面仍有缺陷,温度越低,各模型对点火延迟期的预测偏差越大。反应CH_(3)+HO_(2)=CH_(3)O+OH对正庚烷模型点火延迟预测性能影响较大,对该反应动力学参数的深入研究有助于完善正庚烷机理。

RP-3航空煤油宽工况自点火实验及反应动力学模型验证

本文提出了一种新的激波管注射实验策略,并对其进行了系统性的验证。结果表明,注射实验策略能复现激波管传统预混实验方法的实验结果,有效拓宽了低饱和蒸气压燃料自点火实验范围。基于激波管注射实验策略,测量了RP-3航空煤油/空气混合物在温度为650~1300 K、当量比0.5~1.5、压力为0.75~3.0 MPa条件下的点火延迟时间,为发动机燃烧室的设计和RP-3航空煤油替代燃料动力学模型的验证提供了更宽泛的基础数据集。最后,利用实测数据评估了现有RP-3航空煤油替代燃料模型的可靠性,对比结果发现,现有模型尚无法在全压力范围下捕捉RP-3航空煤油的自点火特性,尤其是在负温度系数区域的预测出现显著偏差。