《內燃機新型點火模式- - 微波點火的著火燃燒機理研究》是依託清華大學，由王志擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：內燃機新型點火模式- - 微波點火的著火燃燒機理研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：王志
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微波點火是內燃機中一種很有前景的新型點火模式，相對傳統火花點火有顯著的節能和減排潛力。本課題擬圍繞內燃機微波點火的著火燃燒機理、燃燒組織和燃燒模型三個關鍵科學問題，採用先進的雷射測試、發動機試驗以及數值模擬方法開展研究。以期捕捉內燃機中微波點火從著火到燃燒的火焰特性，揭示稀薄碳氫燃料混合氣條件下微波點火的著火機理，獲得內燃機中組織微波點火燃燒的基本原則；提出新的內燃機微波點火著火控制方法並闡明其基本原理；在內燃機條件下微波點火燃燒實驗數據的基礎上，發展新的考慮微波電漿對燃燒化學反應動力學影響的汽油機燃燒模型，數值解析汽油機微波點火燃燒過程，最佳化微波點火燃燒的邊界條件，提出提高稀薄燃燒穩定性和減少有害排放物的新思路。研究結果將豐富和發展內燃機燃燒理論，同時可指導我國新型高效清潔內燃機的研發。
結題摘要
傳統火花塞點火技術一方面增大了汽油機循環波動率，另一方面因單點點火燃燒模式易造成爆震。相比於傳統火花塞火花放電產生平衡態電漿點火模式，本項目微波產生的非平衡態電漿有助於提高點火燃燒性能。項目採用可視化直拍圖像、燃燒壓力測試和尾氣檢測分析等研究手段，從低溫低壓定容燃燒彈試驗平台到高溫高壓快速壓縮機試驗平台，圍繞微波諧振電漿點火技術展開了基礎性和創新性研究。研究中利用高速直拍了微波點火和火花點火燃燒過程的異同，對比分析了兩種點火技術在不同壓力、不同當量比下混合氣的燃燒排放特性。可視化圖像結果表明：相比於傳統火花點火放電技術，微波諧振放電能夠產生大體積的電漿、生成較大的初始火核，具備實現大體積點火燃燒的優勢；從燃燒壓力測試結果來看，微波點火技術拓寬了稀燃極限和濃燃極限、燃燒增強了穩定性、提高了能量利用率。相比於傳統火花點火，微波點火下的稀燃極限和濃燃極限分別約拓寬了21%和50%；因微波點火技術下的初期火核較大及高場強下的大量活性基等原因，降低了火核失火、火焰傳播中斷現象，有效增強了燃燒穩定性；在脈衝微波能量和火花放電能量基本一致的條件下，微波點火技術提高了可燃混合氣著火燃燒時的能量利用率，對於實際發動機中的套用而言，這利於提高對外輸出做功能力。從尾氣檢測分析來看，微波點火技術可以改善燃燒效率，並可作為天然氣改質制氫的一種新型技術。具體來說，微波能量輻射全場，降低了壁面低溫焠熄效應，從而改善了燃燒效率，使得燃燒更加完全；微波點火技術在濃燃條件下可產生含H2和CO的改質混合氣，這有利於實際發動機中摻氫加速火焰燃燒的套用。在上述基礎上本項目還進一步探索微波點火控制HCCI燃燒的可能性。基於本項目研究在微波點火拓展稀燃極限在Combustion and Flame上發表論文(Z. Wang, J. Huang, Q. Wang, et al. Experimental study of microwave resonance plasma ignition of methane-air mixture in a constant volume cylinder, Combustion and Flame, 2015.)，微波電漿點火相關研究被PROGRESS IN ENERGY AND COMBUSTION SCIENCE期刊2015引用（見附屬檔案）。
