烃类燃料的预混层流火焰燃烧特性研究

论文摘要

近年来,我国的汽车产量和保有量大幅度增长,随之而来的能源和环境问题也越来越引起人们的注意。随着石油价格的上涨,全球变暖以及其他环境问题日益突出,必须对汽车结构、油品等进行改造来满足节能和环保的要求。烃类燃料在我国广泛使用,但是,无论从国外还是国内的情况看,对于烃类燃料的基础燃烧的研究却少之又少。本论文研究利用光学测量的方法系统地对目前最常用的几种烃类燃料的预混层流燃烧特性进行研究。介绍了几种内燃机燃烧过程的研究方法,着重介绍了不同光学诊断测试技术的优势和不足。引入了定容燃烧弹实验系统,结合高速摄像技术,介绍其原理和实验系统的建立,最后介绍了内燃机的着火和燃烧的基本理论和相关知识。设计了一种定容燃烧弹试验装置,用于对烃类燃料的预混层流火焰特性进行有关的基础研究。全面地介绍了该试验装置的定容燃烧弹系统,混合气配制系统,加热系统,点火系统,燃烧压力测量系统,高速摄像系统以及数据采集系统等子系统的工作原理、结构及其特点。研究通过对比燃烧火焰照片和压力曲线,分析了几种燃料的滞燃期,层流火焰传播速度和马克斯坦长度的差异。结果表明,正庚烷中加入MTBE和乙醇后,拉伸和无拉伸层流火焰传播速度加快,马克斯坦长度增加,火焰的稳定性增强。而汽油和异辛烷/正庚烷虽然两者辛烷值相同,但是异辛烷/正庚烷拉伸和无拉伸层流火焰传播速度均高于标准汽油的,而且标准汽油对应负的马克斯坦长度,其火焰稳定性较差,异辛烷/正庚烷对应正的马克斯坦长度,其火焰的稳定性较好。从火焰外观上,两种燃料的前期火焰基本一致,为淡蓝色预混火焰;但后期火焰的差异很大,汽油呈碳粒型燃烧,而异辛烷/正庚烷则为充分预混型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外的能源形势和环境问题
• 1.1.1 石油资源紧缺对汽车工业的影响
• 1.1.2 降低发动机排放的必要性
• 1.1.3 降低发动机的油耗和排放的途径
• 1.2 预混层流燃烧的研究现状和动向
• 1.2.1 研究层流燃烧的意义
• 1.2.2 预混层流火焰传播特性概述
• 1.2.3 预混层流火焰速度特性
• 1.2.4 实验研究的主要方法
• 1.3 本课题的主要研究内容及现有工作基础
• 1.3.1 本课题的研究意义
• 1.3.2 现有工作基础
• 1.3.3 主要研究内容
• 第二章 内燃机燃烧过程的研究方法及燃烧理论
• 2.1 内燃机的可视化研究方法
• 2.1.1 内燃机燃烧光学测试方法
• 2.1.2 定容燃烧弹内燃烧特性的研究
• 2.2 内燃机燃料的着火和燃烧理论
• 2.2.1 热自燃
• 2.2.2 链式反应
• 2.2.3 烃的氧化反应
• 2.3 本章小结
• 第三章 烃类燃料的预混层流燃烧特性实验
• 3.1 实验装置
• 3.2 定容燃烧弹试验系统的构建
• 3.2.1 混合气配置系统
• 3.2.2 点火系统
• 3.2.3 温度控制系统
• 3.2.4 容弹内燃烧压力采集系统
• 3.2.5 光学拍摄系统
• 3.2.6 计算机采集系统
• 3.3 实验数字图像处理方法
• 3.3.1 数字图像的基本概念
• 3.3.2 SR-C 数字摄像机拍摄速率与像素个数
• 3.3.3 数字图像处理
• 3.3.4 层流燃烧速率和马克斯坦长度
• 3.4 本章小结
• 第四章 烃类燃料的预混层流燃烧特性可视化研究分析
• 4.1 含氧添加剂对正庚烷的预混层流燃烧特性的影响分析
• 4.1.1 MTBE和乙醇对正庚烷滞燃期的影响
• 4.1.2 MTBE和乙醇对正庚烷层流火焰传播速度的影响
• 4.1.3 MTBE和乙醇对正庚烷火焰稳定性的影响
• 4.2 汽油与异辛烷/正庚烷预混层流燃烧特性分析
• 4.2.1 汽油与异辛烷/正庚烷着火滞燃期的比较
• 4.2.2 汽油与异辛烷/正庚烷层流火焰传播速度的比较
• 4.2.3 汽油与异辛烷/正庚烷马克斯坦长度的比较
• 4.2.4 汽油与异辛烷/正庚烷燃烧后期火焰特性的比较
• 4.3 本章小结
• 第五章 全文总结与工作展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢