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《一种新概念内燃机_基于多孔介质燃烧技术的超绝热发动机》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第2卷第3期热科学与技术Vol.2,No.32003年9月JournalofThermalScienceandTechnologySep.2003文章编号:167128097(2003)0320189206一种新概念内燃机——基于多孔介质燃烧技术的超绝热发动机解茂昭(大连理工大学动力工程系,辽宁大连116024)摘要:多孔介质中的超绝热燃烧是一种先进的燃烧技术,具有高效低污染的特点。将这一技术应用于发动机领域,有可能引起内燃机技术和产业的一场重大革新。介绍超绝热燃烧的概念,讨论了多孔介质中往复流动下超绝热
2、燃烧的特点,对多孔介质发动机的工作循环作了简单的热力学分析。在此基础上,对当前国外超绝热发动机的基础研究进行综述,着重介绍了分别由美国、日本和德国提出的三种超绝热发动机的方案的理论和实验研究进展,以期引起我国内燃机界对这一发展动向的关注。关键词:内燃机;多孔介质;燃烧;超绝热中图分类号:TK464文献标识码:A焰温度可超过与未经预热的混合气状态相应的绝0引言热火焰温度,故此称为超绝热燃烧(应当指出,从随着人类迈入21世纪,资源和环境的问题愈严格的科学意义上讲,“超绝热”的提法是不确切加突出。如何实现高效和
3、清洁燃烧是国际内燃机的,容易引起误解;鉴于国际学术界已经接受了界共同面临的一个最紧迫的课题。人们纷纷把目它,也沿用之)。图1利用可燃混合物在多孔介质光转向一些基于全新理念并有诱人前景的新型发内流动和燃烧过程中焓值沿流向的变化描述超焓动机,当前世界各国正投入巨资进行研发的或超绝热的概念。虚线表示没有预热的自由空间HCCI发动机即是突出的一例。此外,人们还提出燃烧系统中焓的变化,实线表示有预热的多孔介了其他一些新概念发动机。本文专题介绍其中一质燃烧系统中焓的变化。在没有预热的燃烧系统种,即基于多孔介质燃烧技术
4、的超绝热发动机。中,由于存在热损失,温度达不到绝热火焰温度,而有预热的燃烧系统中,由于反应混合气进入反1超绝热燃烧的概念应区前被预热,上游的焓值迅速升高,在流动过程[1]20世纪70年代初,Weinberg提出了超绝中产生超焓或超绝热火焰。超绝热燃烧的实现就热燃烧或过焓燃烧的概念,并从理论上预言如果能把热量尽可能地从热的产物转移到冷的反应物流中去,超绝热燃烧就有可能实现。绝热燃烧是指无论稳定燃烧还是非稳定燃烧,在燃烧过程中没有热量损失的理想燃烧。而超绝热燃烧是通过多孔介质取代自由空间,利用其相对于气体而言
5、强大得多的蓄热功能和辐射特性,实现热反馈,即将燃烧产生的热量及尾气中的图1超绝热的概念余热用于加热反应区上游的预混合气,从而使燃Fig11Conceptofsuperadiabaticcombustion烧反应大大增强。在忽略对外热损失的情况下,火收稿日期:2003205208;修回日期:2003207229.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50076005).作者简介:解茂昭(19442),男,教授,博士生导师,E2mail:xmz@dlut.edu.cn190热科学与技术第2卷是利用了多孔介质的强
6、蓄热能力以及通过控制装废气!根据该报告,有机废气以往复流动形式导入置实现燃烧热在燃烧器内积累和循环利用。硅砂充填燃烧床中,燃烧温度提高约70K,而多孔介质尾部排出的尾气温度仅提高20K。这就是2多孔介质中往复流动下的超绝热说,用传统燃烧器无法燃烧的可燃成分非常稀薄燃烧的有机废气经多孔介质燃烧处理后,不仅可以得到净化,还可从中获取一定的有用能量。多孔介质相对于自由空间有大得多的热容和表面积,因而吸热和蓄热能力要大得多。与气体相3超绝热发动机的理论分析比,多孔介质的导热能力和辐射能力也要大得多,3.1多孔介质
7、中预混合气燃烧的特点所以能显著增强火焰中的传热传质过程。国内外根据迄今为止各种理论和实验研究的结果,的大量研究都表明:预混合气在多孔介质中燃烧多孔介质中预混合气体稳定燃烧的特点一般可概可大幅度提高燃烧速率,显著增强火焰的稳定性,括如下:使火焰温度升高,扩展可燃极限,降低有害污染物1)由于多孔介质具有很大的热容量以及气排放量。然而,在能源短缺加剧和环境意识日益提固之间的传热效率高,使燃烧过程可在较低温度高的今天,常规多孔介质燃烧器在燃烧效率和排下进行。放效果上表现出的优良特性还不能令人满意。要2)反应区中温
8、度分布均匀,因而燃烧状态易实现稀薄乃至极稀薄混合气的稳定燃烧,必须采于控制。取更为有力的措施,最大限度地减少已燃气体所3)反应区尺度大,其厚度可达自由火焰厚度带走的热量,尽可能使燃烧反应产生的热量保留的数百倍。在系统内,并将其反馈到上游的未燃燃料气体中4)燃烧速率远远大于自由火焰的传播速率。去,从而降低反应物的单位能量输入,提高反应物5)多孔介质内不存在宏观尺度上的火焰。的温度。6)燃烧过程非常稳定而完全,从而有利于对在多孔介
