内燃机原理第六章-燃烧的基础知识ppt课件

1、本章要求本章要求1、复习两个气体燃料熄灭实际、复习两个气体燃料熄灭实际热着火和链式着火实际；热着火和链式着火实际；2、掌握、掌握ICE的熄灭方式；的熄灭方式；3、掌握湍流强度表达方式和对、掌握湍流强度表达方式和对ICE熄灭的影响；熄灭的影响；4、了解、了解SI-ICE的火花点火过程和影响要素；的火花点火过程和影响要素；5、掌握喷油器的喷油过程和喷雾特性；、掌握喷油器的喷油过程和喷雾特性；6、掌握影响雾化质量的要素；、掌握影响雾化质量的要素；7、了解示功图的丈量过程；、了解示功图的丈量过程；8、掌握熄灭放热速率和累积放热率的概念。、掌握熄灭放热速率和累积放热率的概念。一、熄灭景象一、熄灭景象熄灭

2、过程氧化过程熄灭过程氧化过程着火阶段着火阶段+熄灭阶段熄灭阶段着火阶段着火阶段可燃混合气在一定压力、温度和浓度可燃混合气在一定压力、温度和浓度下，氧化反响忽然加速，并出现火焰下，氧化反响忽然加速，并出现火焰的景象。的景象。熄灭阶段熄灭阶段着火后燃料与氧化剂猛烈放热的氧化反响。着火后燃料与氧化剂猛烈放热的氧化反响。第一节第一节 熄灭根底知识熄灭根底知识i熄灭熄灭滞燃期滞燃期反响速度反响速度着火阶段着火阶段滞燃期滞燃期ICE属周期性非稳定熄灭过程，熄灭继续期属周期性非稳定熄灭过程，熄灭继续期10-20ms,着火过程只需着火过程只需0.3-0.03ms，滞燃期对性能影响大。，滞燃期对性能影响大。固相

3、熄灭：固相熄灭：气相熄灭气相熄灭氧化剂在燃料外表的氧化反响氧化剂在燃料外表的氧化反响燃料与氧化剂按一定比例混合燃料与氧化剂按一定比例混合燃料与氧化剂彼此分别燃料与氧化剂彼此分别熄灭熄灭预混合熄灭：预混合熄灭：分散熄灭：分散熄灭：第一节第一节 熄灭根底知识熄灭根底知识二、熄灭分类二、熄灭分类层流预混合熄灭层流预混合熄灭层流分散熄灭层流分散熄灭紊流分散熄灭紊流分散熄灭SI-ICE熄灭熄灭着火延迟着火延迟火焰按准球面传播火焰按准球面传播第一节第一节 熄灭根底知识熄灭根底知识CI-ICE熄灭熄灭HCCI柴油熄灭柴油熄灭油束外围熄灭油束外围熄灭多区域同时着火熄灭多区域同时着火熄灭第一节第一节 熄灭根底知

4、识熄灭根底知识燃烧速度燃烧速度混合气浓度混合气浓度裂解裂解火焰火焰回火回火Premixed Combustion化学反应速度化学反应速度0.81.2无无PM无焰无焰有有Diffusion Combustion混合速度混合速度1.286.8有有PM有焰有焰无无两种熄灭方式对比两种熄灭方式对比第一节第一节 熄灭根底知识熄灭根底知识SparkPlugFuel InjectorHot Flam RegionNOxHot Flam RegionNOx+PM三、烃燃料的链式着火三、烃燃料的链式着火冷焰区冷焰区低温多阶段着火低温多阶段着火600K高温单阶段着火高温单阶段着火着火半岛着火半岛着火界限着火界限第

5、一节第一节 熄灭根底知识熄灭根底知识冷焰诱导冷焰诱导蓝焰蓝焰热焰热焰低温多阶段着火低温多阶段着火冷焰冷焰第一节第一节 熄灭根底知识熄灭根底知识低温多阶段着火低温多阶段着火l冷焰诱导阶段冷焰诱导阶段l冷焰阶段冷焰阶段l蓝焰阶段蓝焰阶段高温单阶段着火高温单阶段着火温度高，由蓝焰直接进入热焰，完成着火温度高，由蓝焰直接进入热焰，完成着火CnHmROOH+C2H4O乙醛乙醛低温氧化反响低温氧化反响ROOHHCHO甲醛甲醛 HCHO发出低辉度冷焰发出低辉度冷焰HCHOCOCO发出高辉度冷焰蓝焰发出高辉度冷焰蓝焰COCO2构成热焰，着火构成热焰，着火第一节第一节 熄灭根底知识熄灭根底知识ICE着火熄灭着火

6、熄灭SI-ICE爆燃爆燃高温单阶段着火的预混合熄灭高温单阶段着火的预混合熄灭高温单阶段着火的分散熄灭高温单阶段着火的分散熄灭低温多阶段着火的预混合熄灭低温多阶段着火的预混合熄灭低温多阶段着火的预混合熄灭低温多阶段着火的预混合熄灭CI-ICEHCCI低温多阶段着火的预混合熄灭低温多阶段着火的预混合熄灭第一节第一节 熄灭根底知识熄灭根底知识着火过程属于非常复杂的着火过程属于非常复杂的“化学反响动力学过程化学反响动力学过程存在许多未知领域存在许多未知领域第二节第二节 湍流及其在熄灭中的作用湍流及其在熄灭中的作用一、湍流紊流，一、湍流紊流，Turbulence定义定义流速大小和方向无规那么变化的微元气

7、体流动。流速大小和方向无规那么变化的微元气体流动。湍流影像湍流影像进气流场进气流场紧缩湍动能紧缩湍动能速度速度曲轴曲轴转角转角瞬时速度瞬时速度u平均速度平均速度U脉动速度脉动速度uT第二节第二节 湍流及其在熄灭中的作用湍流及其在熄灭中的作用二、湍流特征参数二、湍流特征参数湍流强度湍流强度ICE在第在第i个循环、曲轴转角为个循环、曲轴转角为 时的瞬时湍流速度：时的瞬时湍流速度：),(),(),(iuiUiuT第二节第二节 湍流及其在熄灭中的作用湍流及其在熄灭中的作用集总平均速度：集总平均速度：NiiuNU1EA),(1)(湍流强度：湍流强度：NiTiuNU12EAT,),(1)(湍动能湍动能单位

8、质量微元体湍流速度的涨落均方差。单位质量微元体湍流速度的涨落均方差。221TTuK 三、湍流对熄灭的影响三、湍流对熄灭的影响湍流可以强化传热传质过程，既而促进燃油与空气的湍流可以强化传热传质过程，既而促进燃油与空气的混合，提高熄灭速度。混合，提高熄灭速度。一、火花点火过程一、火花点火过程一火花点火过程实际不成熟一火花点火过程实际不成熟击穿阶段击穿阶段10ns1035kV的高压击穿火花塞间隙，构成离子通道，的高压击穿火花塞间隙，构成离子通道，温度温度60000K，压力十几兆帕，电流，压力十几兆帕，电流200A。电弧放电阶段电弧放电阶段100s低电压低电压10100V，高电流，温度，高电流，温度6

9、000K。辉光放电阶段辉光放电阶段ms高电压高电压300500V，低电流，温度，低电流，温度3000K。火核构成火核构成积累能量积累能量第三节第三节 均质混合气中的火焰传播均质混合气中的火焰传播二点火能量二点火能量bE50bEmJ5030bEmJ高能点火高能点火过大过大极间混合气多极间混合气多bE大大过小过小电极散热快电极散热快bE大大电极间隙电极间隙bSoptbS8 . 06 . 0bSmm0 . 1a 时，时，bE最小最小每个每个bE存在混合气的浓稀极限存在混合气的浓稀极限高能点火可以拓宽着火极限高能点火可以拓宽着火极限第三节第三节 均质混合气中的火焰传播均质混合气中的火焰传播二、火焰的传

10、播二、火焰的传播火焰前锋面火焰前锋面火花火花Lv气缸气缸未燃气体未燃气体已燃气体已燃气体第三节第三节 均质混合气中的火焰传播均质混合气中的火焰传播预热区预热区反响区反响区混合气浓度混合气浓度混合气温度混合气温度反响速度反响速度未燃气体未燃气体已燃气体已燃气体火焰层厚度火焰层厚度第三节第三节 均质混合气中的火焰传播均质混合气中的火焰传播熄灭速率：熄灭速率：mLLFvdtdmm混合气质量混合气质量m混合气密度混合气密度LF火焰前锋外表积火焰前锋外表积熄灭放热速率：熄灭放热速率：ummLLBHFvdtdQ燃空当量比燃空当量比Lvcm/s甲醇甲醇丙烷丙烷汽油汽油甲烷甲烷异辛烷异辛烷1.1烃燃料层流熄灭

11、烃燃料层流熄灭1Lvl m/s9 . 0al 时，熄灭速度最快时，熄灭速度最快第三节第三节 均质混合气中的火焰传播均质混合气中的火焰传播层流火焰层流火焰ICE的火焰传播一定不是层流火焰，气缸内存在扰动的火焰传播一定不是层流火焰，气缸内存在扰动1Lvm/sSI-ICE的实践熄灭速度的实践熄灭速度而熄灭继续期而熄灭继续期内力内力第四节第四节 液体燃料的雾化与喷雾特性液体燃料的雾化与喷雾特性液滴破碎准那么液滴破碎准那么维泊数维泊数Weber:20udWae液滴张力作用于液滴表面张力周围空气密度，周围空气密度，kg/m3；a气液两相间的相对速度，气液两相间的相对速度，m/s；u液体外表张力，液体外表张

12、力，N/m；液滴直径，液滴直径，m。0deW破碎能够性破碎能够性汽、柴油：汽、柴油：1410ecW2max0uWdaec液滴最大直径：液滴最大直径：第四节第四节 液体燃料的雾化与喷雾特性液体燃料的雾化与喷雾特性喷雾特性喷雾特性贯穿间隔贯穿间隔喷雾锥角喷雾锥角喷雾粒径喷雾粒径强化燃料雾化的方法：强化燃料雾化的方法：l提高熄灭室内的空气压力提高熄灭室内的空气压力增大周围空气密度；增大周围空气密度；l提高燃料放射压力提高燃料放射压力增大液滴的相对速度；增大液滴的相对速度；l提高熄灭室内空气温度提高熄灭室内空气温度减小液滴外表张力。减小液滴外表张力。一、喷雾特性一、喷雾特性贯穿间隔贯穿间隔要求：足够的

13、间隔，穿过火焰，防止要求：足够的间隔，穿过火焰，防止“火包油火包油孔式喷油器贯穿间隔计算方法：孔式喷油器贯穿间隔计算方法：基于高压容器模拟的半阅历公式基于高压容器模拟的半阅历公式液柱开场分裂时间液柱开场分裂时间:bt时：时：btt 0tppLbcjP21)(239. 0btt 时时:2104195. 2tdppLacjP21065.28cjabbppdt第四节第四节 液体燃料的雾化与喷雾特性液体燃料的雾化与喷雾特性喷油开场后时间喷油开场后时间/ms贯穿间隔贯穿间隔/mm喷油背压喷油背压pc=2.0MPa喷油压力喷油压力pj=15.0MPa喷油压力喷油压力pj=10.0MPa喷油压力喷油压力pj

14、=7.0MPa贯穿率贯穿率=喷油继续期内的贯穿间隔喷油继续期内的贯穿间隔喷孔至熄灭室壁面的间隔喷孔至熄灭室壁面的间隔静止或涡流较弱时，贯穿率应小于静止或涡流较弱时，贯穿率应小于1强涡流时，贯穿率应大于强涡流时，贯穿率应大于1要求要求喷雾锥角喷雾锥角孔式喷油器：孔式喷油器：25. 022005. 0aacjdpp轴针式喷油器：由轴针前端外形决议轴针式喷油器：由轴针前端外形决议第四节第四节 液体燃料的雾化与喷雾特性液体燃料的雾化与喷雾特性jpa0d喷雾粒径喷雾粒径喷雾粒径喷雾粒径平均粒径平均粒径Souter粒径粒径SMD粒径分布粒径分布油滴直径油滴直径/m油滴相对数目油滴相对数目/%123平均粒径

15、：平均粒径：NndDiim)(Souter粒径：粒径：)()(23iiiindndSMD131. 0121. 0135. 0)(9 .23bacjgppSMD压力单位：压力单位：MPa；喷油量单位：喷油量单位：mm3；密度单位：密度单位：kg/m3第四节第四节 液体燃料的雾化与喷雾特性液体燃料的雾化与喷雾特性第四节第四节 液体燃料的雾化与喷雾特性液体燃料的雾化与喷雾特性喷油压力喷油压力/MPaSMD/m柴油柴油喷孔直径：喷孔直径：0.3mmMPa1 . 0cpMPa0 . 1cpMPa0 . 3cp第四节第四节 液体燃料的雾化与喷雾特性液体燃料的雾化与喷雾特性喷油压力喷油压力/MPaSMD/m

16、柴油柴油背压：背压：3.0MPa喷孔长径比：喷孔长径比：4.0mm4 . 00dmm3 . 00dmm1 . 00d高压放射、小喷孔、高背压、低粘度，均会提高雾化质量高压放射、小喷孔、高背压、低粘度，均会提高雾化质量一、单个油滴的蒸发与熄灭一、单个油滴的蒸发与熄灭静止空气中液滴的蒸发与熄灭静止空气中液滴的蒸发与熄灭火焰前锋火焰前锋油滴油滴rTaoCfC0TfTaT“火包油，燃料裂解严重火包油，燃料裂解严重第五节第五节 油滴的蒸发与熄灭油滴的蒸发与熄灭fv20fvKdT f0mfv4dqK 完全蒸发时间：完全蒸发时间：蒸发常数：蒸发常数：蒸气向外对流量蒸气向外对流量mq第五节第五节 油滴的蒸发与

17、熄灭油滴的蒸发与熄灭强迫气流中液滴的蒸发强迫气流中液滴的蒸发无气流速度无气流速度与气流有相对速度与气流有相对速度相对速度大于临界值相对速度大于临界值1ucTuu 1液滴液滴液滴液滴液滴液滴火焰前锋火焰前锋火焰前锋火焰前锋混合气区混合气区混合气区混合气区混合气区偏移混合气区偏移混合气区分别混合气区分别火焰前锋火焰前锋混合气区混合气区l静止气流，静止气流， 分散熄灭特征，高温缺氧熄灭，易生碳烟；分散熄灭特征，高温缺氧熄灭，易生碳烟；l强迫气流，存在预混合熄灭特征，气流强，碳烟生成少。强迫气流，存在预混合熄灭特征，气流强，碳烟生成少。涡流涡流油束中心油束中心无涡流无涡流喷油器喷油器浓度分布浓度分布着

18、火区域着火区域着火区域着火区域着火区域宽着火区域宽第五节第五节 油滴的蒸发与熄灭油滴的蒸发与熄灭油束及油滴群油束及油滴群的蒸发与熄灭的蒸发与熄灭第五节第五节 油滴的蒸发与熄灭油滴的蒸发与熄灭10dm 蓝色火焰，油滴快速蒸发，构成预混合熄灭蓝色火焰，油滴快速蒸发，构成预混合熄灭4010dm蓝色火焰中黄白亮点，预混合蓝色火焰中黄白亮点，预混合+分散熄灭分散熄灭40dm黄白亮光火焰，分散熄灭黄白亮光火焰，分散熄灭良好的喷雾特性，是降低良好的喷雾特性，是降低CI-ICE排烟的根本手段排烟的根本手段第六节第六节 示功图与熄灭放热率示功图与熄灭放热率一、熄灭过程研讨的实验手段一、熄灭过程研讨的实验手段测功机测功机控制柜控制柜熄灭分析仪熄灭分析仪A/D转换转换电荷放大器电荷放大器缸压传感器缸压传感器曲轴曲轴位置位置传感传感器器ICE进气进气排气排气联轴联轴器器油耗仪油耗仪燃料燃料熄灭分析可得到：熄灭分析可得到：p图图 或或 图图Vp第六节第六节 示功图与熄灭放热率示功图与熄灭放热率一、熄灭过程研讨的实验手段一、熄灭过程研讨的实验手段二、熄灭放热速率二、熄灭放热速率Rate of Heat Release可燃混合气单位时间或单位曲轴转角的放热量。可燃混合气单位时间或单位曲轴转角的放热量。wwB