快速压缩机缸内温度不均匀性及其对自燃的影响

快速压缩机中活塞运动产生涡流会导致缸内温度分布不均匀,并对自燃时刻产生显著影响.针对这一问题,对不同活塞缝隙下缸内温度不均匀性及其对自燃时刻的影响进行了研究.首先,建立了Fluent网格模型并耦合氢气详细化学反应机理,研究了无缝隙活塞缸内温度场及自燃过程;然后,对不同活塞缝隙结构进行缸内温度场的数值模拟,确定最佳活塞缝隙结构;最后,对比了基于CHEMKIN、Livengood-Wu积分以及Fluent 3种方法获得的自燃时刻.结果表明:无缝隙活塞缸内未受涡流影响区域先发生自燃,并引发明显火焰传播.体积为原燃烧室体积9.5%,左右的活塞缝隙能很好抑制涡流产生.Livengood-Wu积分在预测快速压缩机缸内气体,尤其是缸内受涡流影响区域气体的自燃时刻时具有较高的准确性.

快速压缩机液压制动活塞回弹现象的优化

为解决当前快速压缩机采用气压驱动、液压制动方式时普遍存在的活塞回弹问题,对一台快速压缩机的高压驱动系统和液压缓冲系统进行了结构优化设计。研究结果表明:通过增加排气口数量来减小高压驱动活塞阻力、强化驱动汽缸活塞被驱动侧的放气过程,可以一定程度上缓解活塞反弹现象;同时,液压缓冲系统中被驱动侧液压油压力的迅速建立和释放是影响制动活塞反弹问题的关键,通过协同优化液压制动活塞结构和出油孔泄油量,提高液压制动活塞对实验条件的适应性,可从根本上解决快速压缩机液压制动活塞的回弹问题。

能量密度和壁面温度对爆震影响的试验研究

基于一台快速压缩机(RCM)试验平台开展了能量密度和壁面温度及其相互作用对异辛烷/空气和正庚烷/空气混合气爆震强度的影响。研究结果发现:随着能量密度和壁面温度的提高,两种燃料的爆震强度均显著提高。对于异辛烷/空气混合气,能量密度对爆震强度的影响随着壁面温度的升高显著增强,且壁面温度对爆震强度的影响也随着能量密度的升高而显著增强。而正庚烷/空气混合气基本不存在上述关系,其爆震强度一直处于较高水平。这说明能量密度和壁面温度对不同反应活性燃料爆震强度影响规律有所差异。

负温度梯度对预混气体反应波传播模态的影响

基于一维数值模拟研究了负温度梯度对氢气/空气混合气反应波传播模态的影响,重点论述燃烧模态的转变机理.研究表明:当反应波沿着负温度梯度传播时,可以观测到超声速爆燃向爆震、爆震向亚声速爆燃的转变;其中,超声速爆燃传播过程由顺序自燃控制;当其传播速度低于当地Chapman-Jouguet爆震速度时,会发生超声速爆燃向爆震的转变.此外,在低温区域也观测到了爆震向亚声速爆燃的转变.Zel’dovich(ZND)结构和RankineHugoniot曲线表明,诱导激波后混合气反应活性对维持爆震传播具有重要作用.

丙烷自燃特性及爆震机理的试验研究

为了深入揭示丙烷自燃和爆震燃烧机理,基于一台新型快速压缩机试验平台,开展了不同初始压力、当量比条件下丙烷-空气混合气自燃和爆震燃烧的试验研究,并通过瞬态压力和高速相机同步测试方法进行了缸内燃烧过程研究.结果表明:爆震压力振荡强度随着初始压力的提升显著增强,压力振荡的产生与着火方式无绝对关系,其振荡强度主要取决于自燃发生前末端混合气的状态.轻微爆震和弱爆震由末端自燃导致,自燃时未燃混合气区域越大,爆震强度也越高.超级爆震的形成是由于超声速自燃火焰的传播导致压力波在火焰面前方的汇聚,并最终导致爆燃向爆轰模式转变所致,从而形成峰值极高的压力振荡.