多功能燃烧弹的研究

论文摘要

采用燃烧模拟装置对内燃机燃烧过程和代用燃料进行研究,可以解决在内燃机上很难进行的全边界条件下的模拟和控制问题。本文设计并研究了一种新型的内燃机燃烧模拟装置——多功能燃烧弹,它的特点为:可以改变各种热力参数（包括过量空气系数、压力以及温度等）、喷油参数、点火参数等;可以进行多种燃料的燃烧试验;可以进行预混合均质压燃（HCCI）、预混合点燃、喷射压燃和定容燃烧四种方式的燃烧试验;可以通过数据采集及控制系统对燃烧过程中燃烧压力和光谱进行数据采集。本文参考快速压缩机和定容燃烧弹的功能和工作原理,提出了多功能燃烧弹的设计要求。为了满足多功能燃烧弹的设计要求,设计并加工了其燃料空气混合系统、加热系统、驱动系统、燃烧系统、喷油系统和点火系统。开发了多功能燃烧弹的数据采集及控制系统。应用NI公司的PCI-6220采集卡,在LabVIEW环境下编制了静态数据采集及控制程序,实现对混合气的温度、压力测量及驱动系统中活塞运动、喷油时刻、点火时刻的控制;应用CS-7008高速数据动态分析仪和device V2.6软件搭建了动态数据采集记录系统,使燃烧过程采样时间间隔达到微秒级,实现了同步燃烧压力和活塞位移数据的同步采集。在完成多功能燃烧弹组装后,对多功能燃烧弹的各系统进行了调试,使个系统的功能和技术指标达到了设计要求。为了对各系统的功能和所开发的数据采集及控制系统进行验证,进行了乙醇的HCCI燃烧试验,通过测量和计算得到了燃烧始点、燃烧持续期、燃烧温度和燃烧放热率,与由化学动力学软件CHEMKIN模拟乙醇HCCI燃烧得出的结果进行对比,验证了所开发的多功能燃烧弹的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 多功能燃烧弹的研究背景
• 1.2 内燃机燃烧研究常用装置的发展状况
• 1.2.1 定容燃烧弹
• 1.2.2 单缸机
• 1.2.3 激波管
• 1.2.4 快速压缩机
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 多功能燃烧弹的设计
• 2.1 多功能燃烧弹的原理设计
• 2.2 燃烧系统设计
• 2.2.1 缸盖
• 2.2.2 活塞和缸套
• 2.2.3 燃烧系统支架
• 2.3 燃料空气混合系统设计
• 2.3.1 燃料空气预混合器
• 2.3.2 混合室
• 2.4 加热系统设计
• 2.4.1 混合室加热系统
• 2.4.2 燃烧室加热系统
• 2.5 驱动系统设计
• 2.6 多功能燃烧弹的组装
• 2.7 本章小结
• 第3章 多功能燃烧弹的数据采集及控制系统设计
• 3.1 静态数据采集及控制系统设计
• 3.1.1 静态数据采集系统设计
• 3.1.2 控制系统设计
• 3.1.3 软件设计
• 3.2 动态数据采集系统设计
• 3.2.1 动态采集系统硬件
• 3.2.2 数据采集的接线方式及软件设置
• 3.2.3 试验数据读取
• 3.3 本章小结
• 第4章 多功能燃烧弹各系统调试
• 4.1 加热系统调试
• 4.2 驱动系统调试
• 4.3 混合室和燃烧室压力调试
• 4.3.1 混合室压力调试
• 4.3.2 燃烧室压力调试
• 4.3.3 燃烧室空压调试
• 4.3.4 燃烧室有效漏气量截面积计算
• 4.4 本章小结
• 第5章 多功能燃烧弹的试验研究
• 5.1 燃料选取
• 5.2 试验数据处理
• 5.2.1 放热率计算
• 5.2.2 燃烧始点的确定
• 5.2.3 燃烧持续期的确定
• 5.2.4 燃烧温度的计算
• 5.3 过量空气系数对燃烧过程的影响
• 5.3.1 过量空气系数的控制
• 5.3.2 过量空气系数对燃烧始点的影响
• 5.3.3 过量空气系数对燃烧持续期的影响
• 5.3.4 过量空气系数对燃烧温度的影响
• 5.3.5 过量空气系数对燃烧放热率的影响
• 5.4 进气温度对燃烧过程的影响
• 5.4.1 进气温度对燃烧始点的影响
• 5.4.2 进气温度对燃烧持续期的影响
• 5.4.3 进气温度对燃烧温度的影响
• 5.4.4 进气温度对燃烧放热率的影响
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢