定容燃烧室横隔板对甲烷燃烧的影响

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1、中国工程热物理学会燃烧学学术会议论文编号：094003定容燃烧室横隔板对甲烷燃烧的影响张红光1白小磊1雷艳1刘彬1安术1郑东守2曹圭伯2（1　北京工业大学　环境与能源工程学院，北京　100124，2韩国机械研究院，韩国大田市　305343）（Tel:13911817318E-mail:zhg5912@263.net）摘要：在定容燃烧室内安装带通孔的横隔板后，可将燃烧室分为上燃烧室和下燃烧室两部分。通过火焰高速摄影和气体压力测量等手段，分析了燃烧室本体温度、混合气进气压力、混合气浓度、横隔板安装位

2、置等因素对燃烧过程的影响。试验发现，安装带通孔的横隔板后，在下燃烧室内会出现射流引燃或压燃（自燃）现象，有利于加快火焰传播速度、提高燃烧峰值压力、减少燃烧循环变动、改善燃烧过程的稳定性。关键词：定容燃烧室；横隔板；甲烷；燃烧；火焰高速摄影；气体压力测量0　　引言内燃机燃烧过程的基础研究需要一个良好的、稳定的燃烧环境和测量条件。而模拟试验是揭示缸内燃烧过程机理的有效手段,因为它可以有选择地控制该过程中的某些主要参数,而忽略其它参数的影响,从而大大简化了试验工作,同时也便于找出燃烧过程与某些参数之间

3、的内在联系。目前，内燃机燃烧模拟系统主要有定容燃烧弹（室）、快速压缩膨胀机等类型，定容燃烧弹（室）因为结构简单、易于试验等优点而获得了较为广泛的应用[1][2][3][4][5][6]。1　　试验系统与试验条件　　用于甲烷-空气预混合气燃烧研究的定容燃烧室（ConstantVolumeCombustionChamber，以下简称为CVCC）试验系统如图1所示。该燃烧室空腔为圆柱体，其底圆直径为70mm，高度为33mm；CVCC本体采用铝合金材料制成；燃烧室的前端面安装可视化窗口，可视化窗口由石英

4、玻璃制成，厚度为20mm，ICCD高速摄影机（美国PhotometricsINC生产）通过可视化窗口拍摄火焰的发展和传播情况；脉冲信号发生器DG535（美国PrincetonInstruments生产）用来控制和协调火花点火正时和火焰高速摄影正时；燃烧室的底部安装有气体压力传感器（瑞士Kistler公司生产，6067B水冷式）；为了给定容燃烧室提供均匀的预混合气，在混合气罐内部安装了一个搅拌混合用的防爆电风扇；采用真空泵将燃烧后的废气排出定容燃烧室；在CVCC本体上安装温度传感器和几个电加热器，

5、由电加热器对CVCC本体加热，进而加热燃烧室内的混合气，CVCC本体温度可根据试验需要设定，并通过温度控制器来进行闭环控制[7][8]。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　基金项目：教育部留学回国人员科研启动基金(32310790200801)；北京市留学人员科技活动择优资助项目(38005015200701)；北京市教委科研计划项目(JC310790200901)图1CVCC试验系统示意图图2横隔板示意图图3横隔板安装位置示意图横隔板由铝合金材料制成，如图2所示；横隔板安装

6、位置如图3所示。横隔板将原来的统一燃烧室分隔为上燃烧室和下燃烧室两部分，在横隔板上开有通孔，作为上、下两个燃烧室之间进行物质和能量传递的通道。横隔板上通孔的数目及布置、孔径大小等，可根据试验的需要进行选取。火花塞点燃上燃烧室内的混合气后，火焰在上燃烧室内发展和传播，当火焰前沿到达横隔板位置时，根据试验条件的不同，可能会出现三种现象：一是火焰通过横隔板上的通孔时被淬熄，高温高压的已燃气体进入下燃烧室，对下燃烧室内的混合气进行压缩，产生一系列反应之后，下燃烧室内的混合气被压燃（即产生自燃现象）；二是

7、火焰通过横隔板上的通孔时被淬熄，高温高压的已燃气体进入下燃烧室，对下燃烧室内的均匀混合气进行压缩，但下燃烧室内的均匀混合气没有燃烧；三是火焰通过横隔板上的通孔时没有被淬熄，而是产生射流效应，快速引燃下燃烧室内的均匀混合气。本文只是考虑和研究了第一种现象和第三种现象，对第二种现象暂不予以考虑和研究。在已经进行的燃烧试验中，当量燃空比phi（过量空气系数的倒数）分别为0.6、0.8和1.0，CVCC本体温度Ti分别为40℃、70℃和100℃，甲烷-空气预混合气的进气压力Pi分别为0.3MPa和0.5

8、MPa。甲烷-空气预混合气进入燃烧室后，需要加热一段时间，达到所需的试验温度后，才能开始火花塞点火。根据试验需要，确定是否安装横隔板以及具体安装位置。本文后面的试验结果分析都是围绕上述的试验条件进行的。2　　试验结果及分析当甲烷-空气预混合气进气压力Pi为0.3MPa，燃烧室内安装横隔板（安装于位置C）、横隔板中心部位开一个直径为3mm的通孔时，试验结果如图4、图5、图6所示。图4横隔板及CVCC本体温度Ti对燃烧压力的影响（phi=0.6）图5横隔板及CVCC本体温度Ti对燃烧压力的影响（ph