点燃式发动机燃烧过程yong分析的研究

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1、第26卷第】期浙江大学学报：白然科学版》WuVul.261992年1月JournalofZhejiangUniversity-iNaturalScience)"m」9眈点燃式发动机燃烧过程畑分析的研究陈放武王燕平•提要•本文以热力学第二定律作基础的熾分析法，来评价点燃式发动机燃烧过程中燃対能转换为热■的有效穆度.考虔建立了包括冇燃烧离蝌及平術、气体比葩变化和非稳态传热的燃烧模型•以数值分析研究了影响.点燃式发动叽烟效率的各主孔困素・关键词，模型分析•畑诫率•数值计算0引言点燃式发动机的工作过程是一企夏杂的开口系统动力循环•燃烧过程只是循环中的一个过程，然而它是整个工作循

2、环不可逆可用能损失的重要过程之一C以往在讨论点燃式发动机工作过程的能量损失时，一般仅从热力学第一定律来考虑。随着节能和排放要求的提高•.必须以热力学第二定律为基础、确定能量不可逆损失的部位、类型并确定数量的分析研究丄2.%通过分析研究•人们可采取相应的措施来减少某些无谓的浪费，以达到待定目标的要求。1过程分析燃烧过程中，燃料的化学能转变为热能是一卜不可逆的转换，是整卜发动机中湘（可用能》损失的堪要所在。点燃式发动机的燃烧是按定容过程考憑的•为了表示岀燃烧师效率分析的一般规律，燃烧过程槿型作以下假设，（1）燃烧前，燃料和空气不发生化学变化•充量分别按绝热和有非稳态传热压缩

3、分析；（2）燃烧时，假设燃烧处于同一状态下•由于火焰传播迅速•即化学反应动力过程非常短促）（3）燃烧后，充量总是立即处于化学平衡•并实现完全的混台•成份是均匀的'（4）燃犹平衡产物为：C02、CO、HQ、H2、02、N2$（5）燃烧室内各分组成气体为理想气体•各气体的比热随温度变化而变化"由于点燃式发动机赧高燃烧温度髙达2500K左右•加之反应动力过程非常短促•则按上述假设可以将燃烧过程作为瞬时平衡模型来考虑。•内權84级学生本文于1990年9月1日收到.系H•者弃）983年切国工軽热物理学会第六镐年会上之读的迂Q（编号881082?作处化和修改后的内容（Q压缩终点状态

4、及各分组成；点燃式发动机燃烧过程之前、要有一个压缩过程•压缩匸质当作理想气体的燃料和空气的混合物•若燃料的摩尔數为W・混台气的当酸比为札则空气■的摩尔數为：+专)％+九76"+子冶]=4・76号"+式中mH分别为1廉尔燃料中«和。的摩尔数。燃料和空气的混合物应满足理想气体状态方程式:py=W・[I+4.76-—O+号刀JT式中PV、R“和T分别为气体压力、容积、通用气体常数和温度.压缩过程中•对应于毎微元容积dV变化均可枝热力学第一定律导出其能童守恒方程:式中内能dl：=—S•功d£=P6V=几寸P*M—I,)9=R^（UiT+l^T2+UaT1+氐旷+讥0）式中Ut-

5、Us可由文献W査得。若作绝热压缩处理•则热量应=0（若按非稳态传热考虑刃•则热量d°为:其中换热系数8:［。•―粋令-咔压］dK/气缸容积人气缸容积变化率厂=%表示为：）+却1一J】一用冋金力其中结构参數”、Sj、C、人匕和0为缸径、冲程、转速、活塞平均連度、连杆比、气缸余隙容枳和曲轴转角M八几和九为阿•内气体温度、与气体接触的各零件表面积和壁面温度（而C,、c.、j&和血为气体的定压比热、定容比热、导热率、需诺數和热扩散率。下标x1—缸盖、2—活塞顶、3—缸套•因考虑混合气由*种组成成份及性质⑹•设第d种气体麽尔数•组成的障尔百分数A・则混合气的平均性质为：g=则”)

6、m58浙江大爭学报(自然科学版)【992年M=迟(巧M,)・将整个压缩过程分成50个微元过程•在'各微元过程中•由dQ=d"+d匸・运用牛顿一雷夫生迭代法，可求岀各微元过程终点的咒、几,进而求岀压缩终点的T(1,50).P(U50).各组成斥尔数和摩尔百分数。(2)燃烧过程：燃烧过程一般方程为：W[GH.+(/+y〉・鲁+3・76(1+y)譬]f^[a.COi+asCO+a^HQ+a4H,+asO2+式6〜欧分别为每空尔燃料燃烧后反应物质的摩尔数。其次•点燃式发动机燃烧产生在高温条件下必殖考虑产物的离解现象，CO++CO,,CO+*)eCOz,上述两个平衡式存在两个平衡

7、常数：Kpt=PCo2•Pm2/Pco•Ph2o=flj•04/02•(a1©=PgJPs•gg务=《2)，•吉⑹另外有三个质量平衡方程：C：l=a〕+a?(r)H:号=a3+a4(")0t2(l+¥〉*=2的+aj+fls+2as(ei整个过程应满足状态方程式•则p/m=w•(/>这样就可通过上述(a)〜(C六个方程确定岀反应物空尔数釘〜加。然而•该六个系数的求得又与燃烧温度T.有关.为此•类似于压缩过程•利用能量守恒方程dQ=dU+dL.因按定容过程dL-0.若作绝热处理，则d°=0,故而3=0.得：r(tr)=[4+S(TJ]—[U