微型动力装置内掺氢甲烷燃烧特性

针对微型动力装置存在的燃烧不稳定问题,研究了甲烷掺氢在圆柱型微燃烧室内的燃烧特性。确定了甲烷掺氢燃烧的空间气相化学反应机理,建立了自由活塞动力装置三维立体模型。在试验基础上,基于Fluent软件,数值模拟了甲烷掺混氢气和空气的燃烧过程,研究了掺氢比对微压燃着火界限、着火时刻、着火燃烧过程以及临界压燃初动能等的影响,分析了不同掺氢比条件下混合燃料的燃烧特性。研究结果表明:当物质的量比为0. 5时,掺入氢气可拓宽压燃气体着火界限,提高着火燃烧可靠性,使着火时刻提前。因氢气热值远低于甲烷热值,随掺氢比增大,活塞做功能力减小。当掺氢比为10%～20%时,装置具有稳定的燃烧性能和高做功能力。

泄漏间隙对微自由活塞动力装置做功能力的影响

基于微自由活塞动力装置(micro-free piston engine,Micro-FPE)的单次压燃过程,建立考虑自由活塞与燃烧室壁面泄漏间隙的物理数值模型;比较试验与模拟结果,验证泄漏间隙模型的正确性。在此基础上通过数值计算,研究分析泄漏间隙对Micro-FPE做功能力的影响。数值模拟结果表明:与无泄漏间隙比较,合适的泄漏间隙能够提升Micro-FPE的做功能力;存在某一个特定的泄漏间隙能使Micro-FPE的做功达到最大值。针对输出功率为100W的Micro-FPE直径3mm的微小燃烧室,在文中的计算条件下,当径向间隙为2μm时,Micro-FPE的指示功高于无泄漏间隙情况;但当径向间隙进一步增加,Micro-FPE燃烧压力升高率减小,做功能力下降;存在临界径向间隙δcrit,大于该临界径向间隙值时Micro-FPE无法着火燃烧及对外做功。