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第6章_燃烧过程及混合气形成.pdf

第6章_燃烧过程及混合气形成

xuanying_915
2013-07-25 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《第6章_燃烧过程及混合气形成pdf》,可适用于工程科技领域

高速(混合+着火+燃烧=~ms)高温(℃左右)高压(柴油机高达bar以上)复杂过程:流动、喷雾、多相流、燃烧化学内燃机燃烧所追求的目标:高ηe(ηi)、高Pme(Pmi)、低污染、低噪声振动发动机(内燃机)燃烧的特点:第章燃烧过程及混合气形成实际发动机的燃烧过程及放热规律主要内容汽油机燃烧过程及分析柴油机燃烧过程及分析合理的燃烧放热规律汽油机与柴油机燃烧特性对比分析方法:示功图P(φ)=f(燃烧速率、温度、燃室容积···)放热速率ROHR(RateofHeatRelease)()()WWtBTTFddkkpVddVkpddpVkddQ-+--+-=αϕϕϕϕ汽油机燃烧过程及分析汽油机着火和燃烧的高速摄影特点:均质透明火焰前锋面皱褶火核形成、着火落后期(φA~φB)特性参数:着火落后期φi°~°CA注意区别点火提前角θigφi相对稳定(相对柴油机)因此θig对pmax相位有重要影响现象:在φA点开始火花点火高温单阶段着火在φB点产生稳定的火核开始火焰传播φB点也可用CA表示即累计放热的相位。、明显燃烧期(φB~φC)现象:由明显火核产生~火焰充满燃烧室%燃料在此期间被燃烧。主要控制参数:最高爆发压力pmaxpmax↑ηi↑Wi↑但NOx↑机械负荷及热负荷↑pmax位置φc=~CA(ATDC)也称为速燃期放热速率特征值CA:累计放热的相位~CAATDC、后燃期(φC~φD)要求:燃期短后燃期↑ηi↓排温↑甚至“放炮”燃烧净否则HC↑CO↑现象燃烧剩余约%燃料主要存在于火焰前锋面扫过后尚未完全燃烧区域、壁面附近未燃混合气柴油机燃烧过程分为四期:着火落后期(φA~φB)速燃期(φB~φC)缓燃期(φC~φD)后燃期(φD~φE)分析中注意与汽油机燃烧过程的不同现象:喷雾及混合低温多阶段着火是复杂的物理化学过程、着火落后期(φA~φB)为什么柴油机着火时可明显看到“脱离压缩线”的现象而汽油机不能?着火点的判断方式:Pφ图、ROHR、火焰图像柴油机的着火落后期对后续燃烧过程有重要影响。影响着火落后期的主要因素:温度、压力、喷油量、雾化特性、速燃期(φB~φC)现象大面积多点着火燃烧极快压力陡升速燃期也称为预混合燃烧期但与汽油机的预混合燃烧有所不同主要控制参数:dpdφ对动力性、ηi、ηm、NOx、振动噪声有显著影响一般柴油机:dpdφ=~(MPaCA)、速燃期(φB~φC)影响dpdφ的主要因素:燃烧开始时的可燃混合气量∵控制对策:滞燃期中的混合气生成量和着火时间亦即喷油速率和混合速率dpdφ与dQBdφ的关系:最大值基本对应但过分后燃时例外影响dpdφ的主要因素:燃烧开始时的可燃混合气量∵控制对策:滞燃期中的混合气生成量和着火时间亦即喷油速率和混合速率、缓燃期(φC~φD)现象剩余燃料边蒸发混合边燃烧燃烧速率受控于燃料扩散混合速率也称为扩散燃烧期出现柴油机燃烧特有的“双峰”现象pmax的大小及位置:上止点后~CA取决于喷油时间、着火落后期、预混燃烧缓燃期燃烧“过缓”会造成:等容度↓散热↑ηi↓碳烟和微粒排放↑、后燃期(φD~φE)现象剩余~的燃料继续燃烧远离TDC气流扰动变弱燃烧速度下降。后燃期过长会造成:等容度↓散热↑碳烟和微粒排放↑排温↑、ηt↓减少后燃的基本思路加速混合以加快燃烧燃油充分雾化。项目参数型号CumminsISBe型式四冲程直列增压中冷直喷水冷气缸数总排量L压缩比最大功率转速(kWr⋅min)最大转矩转速(N⋅mr⋅min)燃油供给系统高压共轨后处理系统尿素SCR满足欧Ⅳ排放的Cummins重型柴油机燃烧特性测试例:柴油机缸内压力(MPa)瞬时放热率(Jdeg)rmin小负荷BMEP=MPa曲轴转角(deg)累计放热率TDC缸内压力(MPa)rmin大负荷BMEP=MPaTDC瞬时放热率(Jdeg)曲轴转角(deg)累计放热率例:柴油机燃烧特性例:柴油机燃烧特性小负荷BMEP=MPa大负荷BMEP=MPa燃烧持续期(oCA)最大爆发压力(bar)主燃期平均压升率(baroCA)最高瞬时放热率(JoCA)着火落后期(oCA)不同负荷燃烧特性对比柴油机燃油喷射及混合气形成原理由第章和节可知:柴油机混合气形成过程极短(<ms)经历:燃料喷射雾化汽化混合扩散燃烧速度着火落后期dpdφ混合气形成速度本节从油、气两个方面介绍柴油机混合气形成过程气流运动燃烧室形状喷油规律柴油机喷雾燃烧高速摄影例条件:涡流比孔喷嘴乙醇柴油混合燃料来源:清华大学()喷射延迟阶段供油提前角θfs-供油始点至TDC的角度(油泵出油)喷油提前角θfj-喷油始点至TDC的角度(针阀始动)喷油延迟角=θfs-θfj转速越高、油管越长延迟角越大()主喷射阶段喷油始点~喷油器端压力开始下降点喷入绝大部分燃油具有良好的雾化qn=f(Δp,针阀升程喷油持续期)()喷油结束阶段喷油器端压力急剧下降点~针阀落座燃油雾化质量差尽可能减少喷油量燃油喷射过程(机械式)缸内压力(MPa)rmin大负荷BMEP=MPaTDC瞬时放热率(Jdeg)曲轴转角(deg)累计放热率随着降低NOx和噪声的要求不断提高初始喷油速率不断降低以至于出现了预喷射(PilotInjection)负荷率问题:为什么不研究汽油机的喷油规律?喷油规律的优化缸内气流运动分类:涡流、滚流、挤流控制油气宏观混合湍流促进油气微观混合、涡流(Swirl)绕气缸中心线的有规则的气流运动。柴油机中最常用()涡流种类:进气涡流、压缩涡流()评价指标:涡流比Ω=涡流转速发动机转速、挤流压缩时空气被挤入燃烧室凹坑内形成挤流膨胀时燃烧气体冲出凹坑形成逆挤流挤流强度∝dkD、S特点:不影响φc和Ω但强度较弱作用小于涡流起辅助作用思考:汽油机中的挤流运动、湍流(紊流)湍流是指无规则的小尺度气体运动也称微涡流湍流可以改善微观的油气混合程度形成方式:活塞运动自然形成的湍流较弱且不可控预燃室中的空气运动(如图压缩和膨胀均有)非回转体燃烧室(参见讲义图)燃烧冲击形成湍流(预燃室的主燃室)滚流绕垂直于气缸轴线的有规则的气流运动(与涡流相反)也称纵向涡流近年来开发的混合气形成方式主要用于缸内直喷式汽油机用滚流形成大范围的油气混合滚流被压扁、破碎形成高度湍流强化微混合。滚流本章要点扩散燃烧速度着火落后期dpdφ混合气形成速度喷油规律和供油规律的异同及原因喷油规律对燃烧特性的影响内燃机中空气运动的方式及适用范围两种混合气形成方式的对比汽油机混合气形成(节)内容自学但不作为重点。气流运动燃烧室形状喷油规律TestConditionandResultsofTwoFuelInjectionTimingsFuelInjectionTimingEarlyLatePmax(MPa)BSFC(kgkWh)Smoke(Bosch#)NOx(ppm)InjectionStart(ºCABTDC)InjectionDuration(ºCA)RelativeEfficiency()CalculatedPeakTemperature(K)ExhaustTemperature(ºC)COMBUSTIONANALYSISOFTWOINJECTIONTIMINGS喷油时刻对柴油机性能的影响BertrandDHsu(徐大宏)PracticalDieselEngineCombustionAnalysisSAEInternational发动机(内燃机)燃烧的特点:幻灯片编号汽油机燃烧过程及分析、着火落后期(φA~φB)、明显燃烧期(φB~φC)、后燃期(φC~φD)柴油机燃烧过程、着火落后期(φA~φB)、速燃期(φB~φC)、速燃期(φB~φC)、缓燃期(φC~φD)、后燃期(φD~φE)燃烧特性测试例:柴油机例:柴油机燃烧特性例:柴油机燃烧特性柴油机燃油喷射及混合气形成原理幻灯片编号幻灯片编号幻灯片编号缸内气流运动、挤流、湍流(紊流)滚流本章要点幻灯片编号

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