稀释气体对燃料着火燃烧过程影响特性的研究.pdf

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1、摘要本文设计并建立了一台快速压缩机，用于燃料化学反应动力学特性的研究。压缩机采用间隙活塞，活塞行程为500ram，压缩时间约30ms，压缩比变动范围为6-22．5。对其性能进行了测试，结果表明：实验数据的重复性良好且燃烧过程满足HCCI燃烧要求。实验数据与密歇根大学快速压缩机结果比较发现数据最大偏差仅9．68％，具有很高的可靠性。通过实验和数值模拟研究了快速压缩机内稀释气体热效应和化学效应对异辛烷和正庚烷两种燃料着火过程的影响。在低温度区域(600K．850K)进行了快速压缩机内的实验研究，稀释气体

2、为N2、心和At／C02(摩尔比，65．1／34．9)。异辛烷实验工况为：压力20bar(正庚烷，9bar)，当量比(矽)为1(正庚烷，1)，稀释气体与氧气摩尔比为3．76：1(正庚烷，5．63：1)。研究发现：稀释气体对一级着火延迟影响很小，但对一级着火后的总放热量、压力和温度的升高幅度影响很大，使得总着火延迟时间差异很大。与N2相比，心使得异辛烷和正庚烷总着火延迟时间分别缩短40％和54。5％。通过对比N2和At／C02的混合气(比热与N2相同)的影响，发现在低温区稀释气体化学效应对异辛烷总着火

3、延迟时间影响很小。对以上实验工况及更宽的温度范围内着火过程进行了模拟研究，稀释气体采用N2、心和C02。结果发现：在负温度(NTC，negativetemperaturecoefficient)和两级着火区，稀释气体热效应起主导作用，与实验表现的特性相近，但当温度高于835K时化学效应影响显著，且使总着火延迟缩短。通过本文稀释气体对两种燃料着火特性的系统研究，揭示了其影响机制。稀释气体对燃料着火过程影响确实很大，这对进一步研究新一代低温清洁燃烧内燃机及其他基础研究提供了重要参考。关键词：快速压缩机；

4、稀释气体；着火延迟时间；正庚烷；异辛烷AbstractArapidcompressionmachine(RCM)wasdevelopedatTsinghuaUniversity．Acrevicedpistonwasusedandthepistonstrokeis500mmwithcompressiondurationofabout30ms．CompressionratioCanbechangefrom6to22．5．Severalexperimentswereconductedbyusingthis

5、devicetomakesuretheexperimentdataisbelievableandtheignitionprocessishomogeneous．Theresultsshowthattherepeatabilityofthisdeviceisratheracceptableandtheignitionprocessisveryhomogeneous．DatawerecomparedwiththeresultsfromRCMofMichiganUniversity、析mthemaximu

6、mfractionaldifferencebeinglessthan9．68％．TheresultsdemonstratethatTU-RCMisverywelldevelopedanditissuitableforfuelcombustionkineticsresearch．Experimentalandnumericalstudiesofthethermalandchemicaleffectsofthebuffergasesonlowtemperatureignitionforbothiso--

7、octaneandn-·heptanehavebeenperformed．ExperimentswereconductedbyusingtheRCMinthetemperaturerangeof600—850K．ThreebuffergaseswerestudiedincludingN2，Ar,andamixtureofArandC02atamoleratioof65．1％／34．9％．Iso-octanewasstudiedat20bar,矽=1，andadilutionlevelofbuffer

8、gasto02of3．76：1(moleratio)．n—Heptanewasstudiedat9bar,痧=1，andadilutionlevelof5．63：1(moleratio)．Forexperimentswheretwo-stageignitionwasobserved，thebuffergascompositionhadnoimpactonthefirst—stageignitiondelaytime，butcauseddifferencesinthet