测量爆燃到爆震转捩距离的离子探针技术研究

为了测量爆震管中从爆燃到爆震转捩距离,研制了一套基于对比电路的离子探针系统。通过该系统测量爆震管中火焰传播速度的轴向分布,确定了爆燃到爆震的转捩距离。系统结构简单,造价低廉,可用于高温环境下测量。运用该系统测量的乙炔与氧气混合气从爆燃到爆震转捩的距离,其结果与采用高频响的压力传感器系统的测量结果一致。

预混气爆震管中爆燃到爆震转捩距离的研究

为了获得预混气爆震管中爆燃到爆震转捩 (DDT)距离的变化规律 ,进行了一系列的单循环爆震试验 ,其中预混气为按化学恰当比配制的乙炔与氧气以及稀释剂氮气 ,变化的试验参数包括 :预混气初始压力 (0 0 2MPa～ 0 1MPa)、稀释剂的浓度 (0 %～ 70 % )及三种扰流片的形状。试验测得了不同工况下爆震管内火焰传播速度 ,并由此确定了DDT距离及其变化规律。试验结果表明 ,预混气初始压力下降或稀释剂浓度增加时 ,DDT距离增大 。

爆震管内爆燃到爆震转捩过程的实验研究

基于常温常压轴向进气条件下气动阀式两相爆震发动机模型开展爆燃到爆震转捩过程的研究,利用离子探针和高频压力传感器测量了管内火焰传播速度和燃烧压力波。研究结果表明,管内爆震波形成的初始位置在正常火焰面下游的一定位置处,如假设爆震管内波和火焰面是一维的,则在爆震波产生的最初一段时间内,爆震管内将出现三道火焰面:往出口方向传播的正常火焰面和爆震波火焰面及往进口方向传播的回传爆震波火焰面。

CH_4-O_2 混合气中爆燃爆震转捩的数值模拟

运用化学流体力学基本理论和两步燃烧反应模型原理，建立了一维封闭体系可燃气爆燃爆震转变现象的数学模型，利用拉格朗日质量坐标变换下的Ｌａｘ－Ｗｅｎｄｒｏｆ和Ｍｅｃｏｒｍｉｃ气动差分与Ａｄａｍｓ化学差分格式，求解基本方程，成功地完成了过程的数值模拟，清楚地说明了可燃气中ＤＤＴ现象由压缩波到激波达到稳态爆震的发生机制和火焰带引生爆震波的过程行为。

缓燃向爆震转捩过程中火焰和压力波发展规律试验

为了解缓燃向爆震转捩（DDT）过程,在60 mm×60 mm,长2 m的方形爆震管内,利用高速摄影和高频压力传感器试验研究了4种余气系数下氢气/空气混合气燃烧时的火焰和压力波演变规律.结果表明：缓燃向爆震转捩经历了缓燃、爆燃、在壁面产生热点、形成爆震中心和稳定爆震5个阶段,缓燃、爆燃和爆震的火焰传播速度分别为0－15 m/s,500－1000 m/s和1800－2000 m/s.压力传感器获得的时序图和对应峰值压力的变化规律也验证了上述过程：在压力传感器测试区间（850－1200 mm）内,压力峰值从1.5 MPa先跃升到7 MPa上下,然后下降稳定在2－3 MPa.据压力时序图算得的爆震波传播速度与高速摄影获得的火焰传播速度一致.

扇形脉冲爆震燃烧室起爆过程数值模拟

为了探究不同障碍物结构对扇形脉冲爆震燃烧室起爆过程的影响,对采用3种典型孔板障碍物的扇形脉冲爆震燃烧室,截取其中间截面进行了起爆过程的数值模拟,研究了障碍物型式、障碍物堵塞比及障碍物间距对扇形脉冲爆震燃烧室爆燃转爆震(DDT)距离的影响规律。结果表明:障碍物堵塞比对扇形脉冲爆震燃烧室DDT距离的影响最大,且在堵塞比为0.35~0.70时,堵塞比越高DDT距离越短;在3种型式的障碍物中,在低堵塞比下,截面为前掠三角形的障碍物缩短DDT距离的效果最好,在高堵塞比下,截面为后掠三角形的障碍物缩短DDT距离的效果最好;在3种障碍物间距中,当间距分别等于1倍和1.2倍的爆震室当量直径时,扇形脉冲爆震燃烧室的DDT距离相差不大,且均短于障碍物间距等于0.8倍爆震室当量直径时的DDT距离。

氢燃料缓燃向爆震转捩过程中波与火焰的匹配特性

为了解氢燃料爆震过程中压力波与火焰之间相互匹配的特性,在60 mm×60 mm×2 000 mm方爆震管内,用氢气和空气混合物进行了单爆震性能研究。在爆震转捩区内布置压力传感器与离子探针,用来监控压力波和火焰的信号,同时利用高速摄影仪集中拍摄转捩区域。根据压力波和火焰面在爆震管不同时刻的强度特性、速度特性及位置特性来分析爆震过程中波与火焰匹配的规律。结果表明:压力波和火焰的强度呈现为相互正反馈匹配性质;缓燃向爆震转捩(DDT)过程中,压力波和火焰的速度表现为相互交替的变化过程,且缓燃阶段中火焰速度的增幅大于压力波速度的增幅;当火焰面追赶上激波时,产生过爆,火焰面会临时位于激波前面;在过爆衰减为正常爆震波的过程中,激波在火焰前面。

焦炭粉-氧气混合物爆燃向爆震转捩的数值模拟

根据化学反应和两相反应流体动力学理论 ,建立了焦炭粉 氧气混合物燃烧波在一维封闭空间内的爆燃爆震转捩现象的数学模型 ,运用坐标变换和MacCormack两步显式差分格式 ,成功地完成了过程的数值模拟·清楚地诠释了气固两相混合物中DDT现象的转变机制 :激波诱导、激波生成、激波加强及至稳态爆震·转变过程受初始温度场、压力场。

用烟迹法研究爆燃向爆震的转捩

为能直观了解由爆燃到爆震的转捩过程(简称DDT)中激波的变化过程,在60 mm×60 mm×2 000mm方爆震管的侧面设置了60 mm×1 380 mm的窗口来获得爆震波的烟迹图,分别用乙炔(C2H2)和空气、氢气(H2)和空气混合物进行了单次爆震性能研究.利用安装在同一截面上的压力传感器与离子探针同时测得DDT位置段爆震管内的压力分布、火焰传播速度和方向.试验结果表明:①烟迹法是研究DDT更为直接和有效的手段之一;②在本试验条件下,观察到DDT过程中过爆只会出现一次,但从过爆衰减至正常C-J爆震波的过程中存在多次多点爆炸的迹象;③初始条件相同的情况下,乙炔的胞格尺寸小于氢气的胞格尺寸.

辛烷-空气混合物爆燃爆震转捩的数值模拟

爆燃向爆震转捩（简称DDT）的问题对爆震波的产生至关重要,是爆震波发动机研究中的核心问题之一。木文针对气态辛烷和空气混合物中产生的燃烧波在一维封闭空间传播的DDT问题,运用化学反应流动基本理论和两步反应模型,在拉格朗日质量坐标系中建立该现象的数学表达,气体动力学方程采用显式（S?）差分格式,化学反应项使用二级精度的Adams方法,开发了程序CULDDT,完成了过程的数值模拟,并与实验数据进行了对比,两者符合较好,为研究辛烷和空气混合物中产生爆震波的过程提供了一种可靠的数值方法。

脉冲爆震燃烧室内缓燃向爆震转捩数值模拟

为了研究脉冲爆震发动机燃烧室内火焰加速及缓燃向爆震转捩过程,利用7组分8反应的氢气详细化学反应机理进行了2维数值模拟。结果表明:在火焰传播的初始阶段,障碍物、旋涡与火焰的相互作用是主导火焰加速的主要因素。在燃烧区域产生的膨胀波向前传播并诱导未燃混气流动;障碍物后的回流区及障碍物顶端脱落的旋涡使火焰面拉伸、卷曲,增加火焰面面积,同时提高燃烧放热强度,使火焰传播速度加快。在火焰发展的后期阶段,激波与障碍物的相互作用会使脱落在已燃混气中的未燃混气微团发生局部爆炸,产生新的激波进一步推动火焰加速,缩短火焰锋面与前导激波的距离。由于交错型障碍物增加了火焰传播的距离,其缓燃向爆震的转捩时间比采用对称型障碍物时的更长。

增压缸内直喷汽油机早燃及超级爆震试验研究

在一台增压缸内直喷汽油机上,对影响早燃及超级爆震发生频率与强度的各种因素进行了台架试验研究。研究结果表明:提高燃油挥发性,升高机油和冷却液温度,推迟进、排气门正时,增大点火提前角,提前或推迟喷油定时及使用高的喷油压力能够有效减少早燃及超级爆震。

增压汽油机中早燃和超级爆震的研究进展

增压直喷是实现汽油机节能的有效手段,而超级爆震是进一步提高功率密度的主要障碍。超级爆震和早燃是两种不同的燃烧现象。超级爆震是高功率密度内燃机中的一种强烈的敲缸现象,常发生在低速、大负荷工况,具有随机性、偶发性和破坏性。早燃是火花点火内燃机中点火前出现着火的异常燃烧现象。早燃不一定导致超级爆震,但超级爆震前一定发生了早燃。抑制超级爆震的一条重要途径是杜绝早燃。早燃的诱发源主要有机油液滴和颗粒物。燃油和机油的组分与物理化学性质对超级爆震发生频次也有着重要影响。

两相爆震波爆燃向爆震转变过程的数值模拟

针对液态辛烷/空气两相混合物燃烧波在一维封闭空间内传播的爆燃向爆震转变(DDT)问题,运用化学反应流动基本理论、颗粒轨道模型和两步反应模型,在拉格朗日质量坐标系中建立了对该现象的数学表达,并开发了数值模拟程序CT-PD,其中气体动力学方程采用显式Sαγ,β差分格式,化学反应项使用二阶精度的Adams方法。通过数值模拟研究了液态燃料爆震波在爆震管内发生、发展、传播及其特性参数变化特点。研究发现在两相爆震中,由于油滴蒸发吸热及阻力作用,致使爆震波峰值压力及爆震波速等特性参数低于理论值。研究中将数值模拟结果与实验波形进行了比较,发现两者符合良好,说明计算方法是可行的。

小能量点火脉冲爆震发动机DDT过程数值模拟

模拟了以小能量点火触发爆震的脉冲爆震发动机工作过程。采用有限速率化学反应模型,通过二阶迎风格式差分逼近二维欧拉方程,模拟以丙烷和空气为可爆混合物的脉冲爆震起爆和传播。采用CFD软件中spark ignition模型模拟实验中电火花塞点火。在模拟过程中可以清楚地观察到DDT过程。通过与CEA程序计算结果比较,发现两者C-J值误差小于4%,说明所采用的计算方法和网格生成方法可以用于小能量点火触发爆震的多循环数值模拟。

基于爆震的甲醇-柴油双燃料发动机掺烧比边界研究

【目的】以一台电控共轨六缸柴油机改造的发动机为试验对象,以发生爆震为限制条件,研究甲醇-柴油双燃料燃烧下的掺烧比边界.【方法】通过对滞燃期变化的分析,发现甲醇-空气预混气发生均质压燃是甲醇-柴油双燃料燃烧爆震的重要诱因;利用回归分析,发现进气压力、排气温度及甲醇-空气预混气浓度对掺烧比边界有显著性影响.【结果】以边界掺烧比为因变量,得到排气温度及甲醇-空气预混气过量空气系数为自变量的线性模型,边界掺烧比=-0.1×排气温度-4.48×空气与甲醇预混气过量空气系数+101.897.【结论】甲醇-柴油双燃料发动机可利用排气温度、空气与甲醇预混气过量空气系数两个参数预测最大掺烧比,以实现掺烧比随工况的实时调整.

液体燃料脉冲爆震发动机点火方法研究

目前脉冲爆震发动机的起爆主要采用爆燃向爆震转变的方式实现,而爆燃波发展缓慢,消耗了循环周期的很长一段时间。为缩短爆燃向爆震转变的时间和距离,本文研究了一种新型蒸发管点火系统,用蒸发管对两相混合物进行预蒸发,在预燃室内点火形成火焰射流进入主爆震室,实现主爆震室内两相混合物的快速短距离起爆。热态实验在内径120mm,长2500mm的爆震室上进行。与火花塞直接在主爆震室点火相比起爆时间可以从12.5ms缩短到2～3ms,起爆距离可以从1350mm缩短到775mm。预燃室长度和个数对起爆过程也具有非常明显的影响,长度和个数的增加都有利于爆震波的起爆。

乙醇汽油混合燃料直喷均质压燃爆震模型和试验研究

为研究直接喷射(DI)式均质压燃(HCCI)爆震特性,进行了台架试验。改造了一台传统双缸柴油机的供油系统、点火系统、进排气机构,使其具有缸内直喷乙醇汽油混合燃料HCCI燃烧模式。根据该发动机台架的特点与缸压信号特征,建立了描述乙醇汽油HCCI燃烧的爆震模型,从模型中提取了爆震强度(KI),并进行了试验测量。结果表明:随乙醇在混合燃料中体积分数的升高,平均KI和爆震概率均有降低,爆震始点推后;爆震工况的当量比范围变窄,爆震工况上下边界互相靠拢。该结果有利于提出更合理的发动机喷射控制策略。

补油距离和燃油配比对两级脉冲爆震发动机预燃裂解的影响

两级脉冲爆震发动机中,预燃室内煤油预燃裂解的效果对共振腔内起爆效果和可靠性有重要影响。基于稳态扩散火焰面模型,对预燃室中煤油预燃裂解的效果进行了数值仿真,讨论了补油距离d和燃油配比R对预燃裂解效果的影响,以期为进一步的预燃室设计和实验研究提供参考。计算结果表明:补油距离d主要通过影响反应物的驻留时间来影响反应产物的生成,d越大,第二级喷油位置距离预燃室出口越近,驻留时间越短,各主要活性组分产量越低;燃油配比R则同时影响预燃室内的温度和反应物的驻留时间,R越大,各主要活性组分含量越低;温度过高时不利于较稳定的活性组分产生。由此建议补油喷嘴应尽量远离预燃室出口,最佳燃油配比为3~5。

压燃式双燃料发动机爆震的模拟

本文对直喷式双燃料柴油机爆震现象的模拟进行了某些探索性的研究,该项研究以甲烷为主要燃料,同时顾及引燃油对燃烧过程的影响,并通过改善热力学和化学反应动力学模型及选用合理的参数,取得与试验较为一致的满意结果,初步达到了预测爆震的目的。