高等內(nèi)燃機(jī)-第6章燃燒基礎(chǔ)知識(shí)

高等內(nèi)燃機(jī)帥石汽車工:sjshua

工作過(guò)程、燃燒理論、性能分析及參數(shù)調(diào)講課內(nèi)第一部分：動(dòng)力輸出與能1化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的有效途第1能指標(biāo)與影響因素第2章、工質(zhì)與熱化學(xué)第3作循環(huán)與能1化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的有效途配第二部分：燃燒與第6基礎(chǔ)第7章柴油機(jī)混合氣形成與燃燒第8章汽油機(jī)混合氣形成與燃燒第9章有害排放物的生成與控制第10章新燃燒方式與替代動(dòng) b

Tsinghua ηηη ηη ηPηGPηGηηηHuVpse aR τ

能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)_燃燒方式獲取能量占

Tsinghua世界一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)－化石能源主

Tsinghua2004200434.液34.液 的霧化與擴(kuò)散燃第一部分：動(dòng)力輸出與能第1能指標(biāo)與影響因素第2章、工質(zhì)與熱化學(xué)第3作循環(huán)與能量利用第4氣過(guò)程與進(jìn)氣充量第5章運(yùn)行特性與整車匹第二部分：燃燒與第6基礎(chǔ)第7章柴油機(jī)混合氣形成與燃燒第8章汽油機(jī)混合氣形成與燃燒第9章有害排放物的生成與控制第10章新燃燒方式與替代

Tsinghua主要內(nèi)

燃燒(combustion)

Tsinghua液 的霧化與擴(kuò)散燃

可燃物質(zhì)()與氧化劑(空氣中的氧氣)產(chǎn)生的燃燒分固相燃 氣相燃①預(yù)混燃燒：著火前氣體或蒸氣與②擴(kuò)散燃燒：著火前與氧化劑是相互分開的，著火后邊蒸發(fā)、邊與空氣混合燃燒火焰分

Tsinghua預(yù)非預(yù)混/預(yù)混火焰與擴(kuò)散火

Tsinghua 1：一次空氣系數(shù)，即燃燒前同氣體混合 ?本森燈不同的火焰類型（隨通過(guò)閥的空氣預(yù)混燃燒與擴(kuò)散燃燒的

TsinghuaPre-mixtureCombustion氣溫度和濃度（混合氣形成影響不大燃燒速度取決于燃油和空氣的混合速（混合氣形成的影響極大φa=0.8-1.2，難以稀φa=1.2-6.8，穩(wěn)定稀濃度和溫度分布均勻，不易產(chǎn)生碳濃度和溫度分布不均勻，易產(chǎn)生無(wú)焰（藍(lán)色）燃有焰（黃或白色）燃著火階主要著火階液 的霧化與擴(kuò)散燃

11主要內(nèi)

Tsinghua??壁而傳給周圍環(huán)境液 的霧化與擴(kuò)散燃

熱著火理論 在可燃混合氣著火過(guò)程中,主要依靠熱量不斷積累而自行升溫使反應(yīng)速度按指數(shù)函數(shù)迅速增大,最終導(dǎo)致著火?！傲恪本S模型假設(shè)容器V內(nèi)各處混合物濃度及溫度相同主要內(nèi)

Tsinghua

熱著火理論

E液 的霧化與擴(kuò)散燃

RT散熱速率

著火條件①dq1/dtdq2/dt肯定著火dq1/dt＝dq2/dt臨界著火溫度③dq1/dtdq2/dt肯定不著火主要內(nèi)

Tsinghua液 的霧化與擴(kuò)散燃

熱著火理論 影響著火因素①壓力：pc↑→Tc量空氣系數(shù)φa:對(duì)某一pc或Tc,存在主要內(nèi)

Tsinghua液 的霧化與擴(kuò)散燃

熱著火理論 結(jié)論①可燃混合氣著火過(guò)程中的許多現(xiàn)象可②但是，對(duì)于可燃混合氣的初始濃度較（280～400℃）或壓力低于大氣力，可燃混合氣也會(huì)發(fā)生著火現(xiàn)象 ③碳 的實(shí)際著火區(qū)并不是簡(jiǎn)單T-p雙曲線（而是“著 ”） 為了補(bǔ)充熱著火理論為了補(bǔ)充熱著火理論,又發(fā)展了主要內(nèi)

Tsinghua液 的霧化與擴(kuò)散燃

主要內(nèi)

著火理

Tsinghua液 的霧化與擴(kuò)散燃

直鏈反應(yīng)：1個(gè)活性中心1次反應(yīng)只1個(gè)新的活性中(a)速反應(yīng)個(gè)及2個(gè)以上的活性中心→加速反應(yīng)。③支鏈反應(yīng)(d):反應(yīng)的中間產(chǎn)物H2+O2鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機(jī)

Tsinghua鏈激活ChainH2MH鏈激活ChainHO2MHO2MHO2H2H2OOHOHH2H2OH

ChainHO2OHOH2OHOHMH2OMHHMOOMO2活性基(中心)是原(Misanyspeciespresentthat活性基(中心)是原主要內(nèi)液 的霧化與擴(kuò)散燃

Tsinghua(1)低溫多階段著火①冷焰(1)低溫多階段著火①冷焰誘導(dǎo)階直鏈反應(yīng)→過(guò)氧化物ROOH和乙②冷焰階③藍(lán)焰階 ROOH積累→分解 (冷③藍(lán)焰階CO→CO2熱焰→燃燒開CO→CO2熱焰→燃燒開i＝123主要內(nèi)

的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)著

Tsinghua液 的霧化與擴(kuò)散燃

低溫多階段著火①冷焰誘導(dǎo)階段直鏈反應(yīng)→過(guò)氧化物ROOH和乙②冷焰階ROOH積累→分解 (冷焰 ③藍(lán)焰階支鏈反應(yīng)CO藍(lán)焰)CO→CO2(熱焰)主要內(nèi)

火花點(diǎn)火過(guò)程與點(diǎn)火能

Tsinghua液 的霧化與擴(kuò)散燃

使鏈反應(yīng)迅猛進(jìn)行,當(dāng)達(dá)到其著火溫度時(shí),就會(huì)迅速燃燒,產(chǎn)生 這火焰又使鄰近的混合氣團(tuán)加溫,使點(diǎn)燃與點(diǎn)燃著火的關(guān)系：點(diǎn)燃包括 燃著火和火 兩個(gè)過(guò)程 1擊穿:高1擊穿:高壓(10～35kV)→離子流通道，(10ns)較高，溫度6,000K，能量損失(50%)，持續(xù)時(shí)間(100μs)。(70%)，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)(幾ms)。1~2mm火核4火核形成：火花出現(xiàn)數(shù)百微秒后液 的霧化與擴(kuò)散燃

Tsinghua主要內(nèi)液 的霧化與擴(kuò)散燃

Tsinghua理論上Eb0.2mJ;實(shí)際上Eb＝30～50 氣溫度/壓力,氣流運(yùn)動(dòng),火花塞參數(shù)。電極間隙(s=0.7~0.8存在最佳的電極間隙 ，電極間混合氣容積↑→Eb↑smin=淬熄距離(傳熱過(guò)多過(guò)量空氣系數(shù)φφa=1→汽油機(jī)點(diǎn)火過(guò)程可

Tsinghua汽油機(jī)點(diǎn)火過(guò)程可

Tsinghua0.020.060.100.190.31

Flamekernelgenerationinonecycle

CycleCycleCycleCycle

0.84msafter主要內(nèi)

火層流

Tsinghua液 的霧化與擴(kuò)散燃

火焰前鋒面(framefront) 反應(yīng)速

d[F][F]n[O]mexpEaRT RT

層流層流火焰特點(diǎn)火焰前鋒面釋放能量烴H2－0.1-1Visiblepartofthe

thickness

Diffusionofheatandradicals主要內(nèi) 液 的霧化與擴(kuò)散燃 vFvB

未燃

2)火2)火層流火焰前鋒面(framefront)速度與燃速度與燃v

vB

ρm

F已燃

vB

ρm

火焰前鋒/反應(yīng)主要內(nèi)

2)火層流

Tsinghua1層1層流火焰燃燒速度很低，一 m/s，滿足不了實(shí)際發(fā)機(jī)燃燒的要求2vBL＝f（T,,φa）3vBL最大值出現(xiàn)在φa=0.9附（略偏濃）液 的霧化與擴(kuò)散燃

火焰前鋒面(framefront)火 速度與燃燒速主要內(nèi)液 的霧化與擴(kuò)散燃ReL

2)火層流湍流

Tsinghua

小渦結(jié) 大渦結(jié)

5

表面ReD2 繞InternalD Dh主要內(nèi)液 的霧化與擴(kuò)散燃

2)火層流湍流

TsinghuaVBT 湍流的效果火焰前鋒表面積增火 速度增 湍流燃燒速度：vBT/vBL1auTb主要內(nèi)液 的霧化與擴(kuò)散燃

2)火層流湍流

Tsinghua湍流的效果火焰前鋒表面積增火 速度增 湍流燃燒速度：vBT/vBL1auTb汽油機(jī)火 可視化(紋影

Tsinghua

Spark主要內(nèi)液 的霧化與擴(kuò)散燃

Tsinghua噴霧1)液 的噴射與霧化噴霧噴霧特性參數(shù)長(zhǎng)度(BreakupLength)－從噴嘴出口射流軸線開始成液滴之間的距離 平均直徑(SauterMeanDiameter,d3SMD d2 －所有油滴總體積與總表面積之比主要內(nèi)液 的霧化與擴(kuò)散燃

Tsinghua1)液 的噴射與霧化 RayleighbreakupDropslargerthanthenozzlediameter,breakupoccursfarfromnozzle.RayleighbreakupDropslargerthanthenozzlediameter,breakupoccursfarfromnozzle.Firstwind-inducedbreakupDropsofsameorderasnozzle,breakupoccursmanynozzlediametersdownstream.Secondwind-inducedbreakupDropssmallerthannozzle,breakupoccurssomedistancedownstream.AtomizationDropsmuchsmallerthannozzle,breakupoccursatnozzleexit.主要內(nèi)液 的霧化與擴(kuò)散燃

Tsinghua完全霧v霧化1)液 完全霧v霧化不不完全霧60<v<150主要內(nèi)液 的霧化與擴(kuò)散燃

單個(gè) 解→固體碳（碳煙）和氫氣；(2)液體油高溫、裂解氣態(tài)物）主要內(nèi)與外緣 與外緣 實(shí)際的噴霧燃燒可以看作是油滴群燃燒

單個(gè)3）dd10μm混燃燒（多點(diǎn)著火20<d<40μm，擴(kuò)散燃燒＋預(yù)混燃