激光诱导荧光法测量内燃机双燃料燃烧过程中的甲醛和羟基

双燃料燃烧是一种实现内燃机高效清洁燃烧的新型燃烧方式,国内外对燃用双燃料的内燃机性能和排放开展了较为广泛的研究,但对双燃料缸内燃烧过程的认识有待深入.本文搭建了一套光学发动机缸内燃烧中间产物激光测试系统,该系统可以实现甲醛和羟基(OH)的二维同时定性测量.为了验证该激光诊断系统的可行性,首先在甲烷层流预混火焰上对甲醛和羟基的激光诱导荧光(UF)光谱和图像进行采集,确定甲醛和OH激发波长分别为355和282.95 nm.随后在光学发动机上对双燃料缸内燃烧过程中甲醛和羟基进行了非同时测量分析了双燃料燃烧双阶段放热过程中甲醛和OH分布区域.光学发动机转速为1200 r·min^(-1),循环当量总油量为30 mg正庚烷.进气冲程初期气道喷射异辛烷,上止点前10°曲轴转角在缸内直喷9 mg正庚烷.激光诱导荧光成像表明,甲醛生成于低温放热阶段,主要分布在缸内直喷燃油油束附近区域,之后甲醛充满整个燃烧室空间高温放热过程中燃烧室壁面附近区域的甲醛首先消耗,伴随甲醛消耗OH首先出现于燃烧室边缘,高温放热阶段过后,甲醛基本消失,OH逐渐充满整个燃烧室.最后对双燃料缸内燃烧过程甲醛和OH同时测量发现,甲醛消耗伴随OH的产生,甲醛和OH分布区域总体而言在空间上是分开存在的,但在局部区域甲醛和OH可能并存.

利用激光诱导炽光法定量测量柴油机缸内燃烧过程碳烟体积分数

激光诱导炽光(LII)法是一种用于测量火焰中碳烟体积分数的光学测试方法.本文介绍了LII的基本原理以及LII实现定量测量的常见标定方法,建立了一套基于双色法-激光诱导炽光法(2C-LII)的用于柴油机缸内燃烧过程碳烟体积分数定量测量的测试系统,该测试系统采用双成像原理,可以实现多点标定和全视场范围内的碳烟体积分数测量.在一台工作在1200 r?min-1、喷油量21 mg的光学单缸柴油机上,研究了60、100和140MPa三个不同喷油压力下,缸内燃烧过程碳烟的分布情况,结果表明,碳烟自发光出现在燃烧放热率峰值之后,且随着喷油压力提高,碳烟发光持续期缩短,碳烟发光强度降低.测试区域内火焰中的碳烟体积分数范围约为0-50×10-6.不同喷油压力下,碳烟生成初期、碳烟峰值和碳烟氧化三个阶段内平均碳烟体积分数的范围分别是:5×10-6-9×10-6,15×10-6-20×10-6和14×10-6-16×10-6.喷油压力提高后火焰中的碳烟分布区域面积增大,平均碳烟体积分数减小,碳烟体积分数的空间分布趋于均匀.

双燃料发动机缸内分层激光诱导荧光实验及化学动力学模拟研究

双燃料压燃(RCCI)是一种很有前景的发动机新型燃烧方式,能在小负荷到中高负荷范围内实现发动机高效清洁燃烧,为了将RCCI拓展到更高负荷,需要对其缸内燃油分层和燃烧过程开展更深入研究。本文在一台双燃料光学发动机上采用燃油-示踪剂平面激光诱导荧光法(PLIF),对RCCI着火前缸内燃油分层进行定量测量,选用甲苯作为示踪剂,利用266 nm脉冲激光激发甲苯荧光,发动机转速1200 r?min-1,平均指示压力6.9×105Pa,气道喷射异辛烷,缸内在上止点前10°喷射正庚烷。采用燃油-气体绝热混合假设,对PLIF测量结果进行温度不均匀性修正,以上止点后5°曲轴转角下的测量结果为例,不修正相比修正测试区域内的最大当量比高估15%。根据实验结果,利用Chemkin软件分析了活性、浓度和温度分层对燃烧滞燃期的影响,结果显示燃料活性分层和浓度分层共同决定RCCI的着火滞燃期,其中活性分层影响要大于浓度分层,而温度分层对着火滞燃期影响很小。RCCI燃烧过程自发光的高速成像结果表明,着火过程首先出现在燃烧室边缘的高活性区域,随后火焰向燃烧室中心处的低活性区域发展,碳烟辐射光图像显示碳烟主要形成于燃烧室边缘的高活性区域。

掺混含氧燃料的柴油替代物部分预混火焰中多环芳香烃的荧光光谱和碳烟浓度

为研究不同含氧燃料与柴油掺混后碳烟降低机理,本文在自行设计的燃烧器上构建部分预混层流火焰,采用甲苯和正庚烷混合物(T20,20%(体积分数)甲苯、80%正庚烷)作为柴油替代物,并分别添加甲醇、乙醇、正丁醇、丁酸甲酯和2,5-二甲基呋喃(DMF),且保证混合燃料的含氧量均为4%.进而应用激光诱导荧光法和激光诱导炽光法分别测量不同混合燃料的火焰中多环芳香烃(PAHs)的荧光光谱和碳烟浓度.结果表明:通过PAHs的荧光光谱可测量不同燃料火焰中PAHs的生成和增长历程.四环芳香烃(A4)的生成氧化规律和碳烟基本一致,说明通过分析A4变化可以预测碳烟变化.添加含氧燃料后,T20燃料中甲苯含量降低是导致PAHs的荧光光谱强度降低和碳烟生成量减少的主要原因;同时不同含氧燃料本身对多环芳香烃的生成贡献能力也是影响PAHs的荧光强度和碳烟生成的重要原因.含氧量相当时,掺混正丁醇后PAHs的荧光光谱强度和碳烟浓度比添加甲醇、乙醇、丁酸甲酯和DMF这四种含氧燃料的更低.因此从含氧燃料结构来讲,正丁醇掺混入T20燃料中降低PAHs和碳烟作用最显著.

柴油机燃用不同含氧掺混燃料燃烧火焰自发光研究

通过一台改造的光学单缸柴油机,研究了柴油与3种不同含氧燃料掺混后对柴油机缸内燃烧火焰发光的影响.3种含氧燃料分别为丁酸甲酯(MB)、正丁醇(B)和2,5-二甲基呋喃(DMF),掺混体积分数为20%,分别用MB,20、B,20和DMF,20表示.光学发动机转速为1,200,r/min、循环喷油量为20,mg,喷油压力为60,MPa.结果表明:柴油的发光滞燃期与放热滞燃期的差距最大,3种含氧掺混燃料在燃烧过程初期出现明显的、持续时间更长的"蓝焰"化学发光;3种含氧掺混燃料对燃烧碳烟的降低能力依次为DMF 20>MB 20>B 20,DMF 20降低碳烟的能力受滞燃期主导,后两者主要由含氧量决定;含氧燃料的加入减小了燃烧过程中的火焰温度和火焰面积,降低了燃烧过程中的碳烟.

发动机缸内自燃着火与火焰传播的调控

在一台轻型光学发动机上对比了部分预混压燃(PPC)和燃料活性控制压燃(RCCI)两种燃烧模式的着火及燃烧发展过程,并分别探究了不同喷射策略对两种燃烧方式的影响.研究发现,对于PPC燃烧模式,混合气浓度分层越小,燃烧过程中自燃占比越高;混合气浓度分层越大,燃烧过程中火焰传播占比越高.对于RCCI燃烧模式,缸内直喷高活性燃料比例较高时,燃烧是从高活性区到低活性区分阶段顺序自燃;缸内直喷高活性燃料比例较低时,燃烧是火焰传播与自燃共同主导的过程.从而阐明了PPC和RCCI相较于均质压燃(HCCI)能够实现更高负荷高效清洁燃烧的本质是,燃烧发展历程从单纯的多点自燃燃烧转变为火焰传播与自燃共存.

协流部分预混燃烧器设计及激光诊断测量

针对液体燃料层流燃烧的实验测量需要,设计一个边界条件可控的、稳定的液体燃料层流部分预混燃烧器.选取正庚烷与甲苯混合后的液体燃料作为验证火焰的实验燃料.火焰直接成像、双色法测温、激光诊断测量结果均与类似的部分预混火焰测量结果相近,表明了所设计燃烧器火焰的可靠性.激光诊断的研究结果清晰地表明了火焰在不同高度下碳烟及其前驱物多环芳香烃(PAHs)的生成氧化历程,为验证和发展液体燃料浓预混条件下的碳烟生成氧化机理提供数据支撑.

燃料特性对双燃料燃烧影响的可视化试验

通过一台改装而成的光学发动机,采用双燃料喷射系统,固定气道喷射异辛烷,缸内直喷燃料先后使用正十六烷、聚甲氧基二甲醚(PODE_(3-6))和正庚烷,研究缸内直喷燃料特性对双燃料发动机自燃着火、火焰发展和燃烧放热过程的影响.结果表明:缸内直喷正十六烷时,火焰由初期的蓝色迅速过渡到亮黄色,燃烧光强最大;直喷PODE_(3-6)工况下,火焰主要为均匀透明的蓝色,局部为亮黄色,燃烧光强最弱;直喷正庚烷工况下,CA 50之前主要为蓝色火焰,CA 50之后为亮白色火焰,光强介于直喷正十六烷与直喷正庚烷之间.直喷正十六烷的火焰初期发展类似传统柴油机燃烧,即从油束的下游先着火,然后火焰向油束上游迅速发展至喷孔;缸内分别喷射PODE_(3-6)和正庚烷时,火焰发展特性相似,火核在燃烧室边缘出现,然后向燃烧室中心铺展,火焰达到准稳态后,高温反应的明亮火焰很难传播到燃烧室中心区域.

碳氢燃料预混火焰中苯的生成规律

为了研究碳氢燃料预混火焰中苯的生成规律,首先在定容燃烧弹上进行了实验,对不同工况下,90号汽油和模拟汽油(由异辛烷和正庚烷按9∶1的质量比例配制)燃烧产物中的苯进行了采集和定量分析;随后利用高速摄像机对这两种燃料在定容燃烧弹中的燃烧图像进行了拍摄,将定容燃烧弹中的预混燃烧火焰划分热焰区、蓝焰区和冷焰区;最后,利用CHEMKIN软件对不同火焰结构区域中模拟汽油的燃烧过程进行了化学动力学分析.结果表明,苯在预混火焰中的冷焰、蓝焰区域内形成,并在热焰中完全氧化;苯来源于未完全燃烧的碳氢,其排放量取决于未完全燃烧区中苯的质量分数和未完全燃烧区的容积;汽油燃烧过程中形成的碳粒在一定程度上能减少苯的排放量;汽油机冷起动时,燃烧室壁面吸附作用将对苯的排放量有重要影响.

直喷燃料特性对高比例预混压燃燃烧的影响

针对高比例预混压燃燃烧模式,在气道喷射异辛烷并保证气道当量比为1,缸内每循环直喷2,mg及4,mg正庚烷、聚甲氧基二甲醚(PODE)、正十六烷,并选择-25°,CA ATDC早喷和-5°,CA ATDC晚喷两个工况,对比分析了燃烧室内的自燃着火、火焰发展和燃烧放热过程.结果表明,RCCI晚喷工况为两阶段燃烧,压力升高率较低,有利于RCCI向高负荷范围拓展,直喷PODE和正十六烷两阶段燃烧明显,而直喷正庚烷燃烧室内混合气的活性梯度较小,两阶段燃烧不明显;高比例预混压燃燃烧中,缸内直喷油量低,早喷工况滞燃期主要受十六烷值影响,晚喷工况下喷雾雾化质量差异带来的影响逐渐凸显;在高气道喷油比例(93.8%)下,正庚烷晚喷工况火焰呈现红色,存在灼热的碳粒,早喷可一定程度改善该问题,而正十六烷无论早喷还是晚喷,喷雾雾化质量均很差,碳烟问题尤为显著;PODE能量密度低,相应最大压升率低,再加上其高十六烷值和含氧特性,在高气道喷油比例(93.8%)下,其早喷工况初始自燃点较少,火焰发展速度慢,之后伴有多点自燃过程,而晚喷工况的油束火焰面积小,相邻油束无干扰,碳烟生成很少,适合作为高比例预混压燃燃烧的高活性燃料.

高校财政专项经费绩效评价研究——以广东省高水平大学建设经费为例

随着“双一流”大学建设的推进,地方财政对高等教育事业的支持,特别是高校财政专项经费的持续投入,使得高校的发展已初步取得了一定成果,而如何衡量财政专项经费的投入产出绩效成为了关键。文章从财政专项经费的角度出发,以某高校为案例,充分利用统计工具对其财政专项经费绩效评价进行研究。结果显示,财政专项经费的投入能够有效提升高校的科研能力,但对二级学院和科研机构发展所起到的作用存在较大差异。因此,尝试寻求专项经费投入的新方向是新的选择。

被动预燃室喷孔布置对射流与燃烧影响研究

预燃室可提高点燃式发动机效率并降低氮氧化物排放,但预燃室喷孔布置对于射流和燃烧的影响尚不明晰。本文基于Converge三维仿真软件建立并标定了数值模型以进行模拟研究。针对被动式窄喉道预燃室结构,探究了三种预燃室喷孔布置方案:双排孔PC-1、上排孔PC-2和下排孔PC-3不同的射流和燃烧特性。结果表明:单排孔结构在当量或稀燃下具有较高的预燃室压差及射流速度,且具有较高的燃烧放热率和更提前的燃烧相位,其中PC-2结构稍优。双排孔结构则仅过浓条件下有较高射流速度和最提前的燃烧相位。另外,PC-2自预燃室向外传热比例最低,说明耗散于预燃室内的热量最低,而PC-1结构的自预燃室向外传热比例最高。综上所述,单排孔预燃室尤其是PC-2在大部分应用场景下更宜被发动机采用。

家庭教育与中学生体质健康的相关性研讨

影响我国中学生体质健康的主要原因除了学校不重视、缺乏社会引导等因素之外,家庭因素也是重要原因,本文主要对家庭教育和中学生体质健康之间的相关性进行了研究.