可控氛圍下湍流射流噴霧自燃及火焰穩定機理研究

《可控氛圍下湍流射流噴霧自燃及火焰穩定機理研究》是依託同濟大學，由吳志軍擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：可控氛圍下湍流射流噴霧自燃及火焰穩定機理研究
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：吳志軍
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

湍流射流火焰是發動機中常見的一種湍流燃燒形式，而湍流和化學反應動力的強相互作用是研究湍流射流燃料自燃和火焰穩定的難點。本項目圍繞可控氛圍下湍流射流噴霧自燃與火焰穩定機理開展研究，基於先進測試設備建立對湍流射流自燃過程中的多目標、多參數同場測量系統；建立高背壓活化熱氛圍燃燒器，通過改變熱氛圍溫度、氧濃度、稀釋劑成分及濃度、燃料物性、射流速度、協流速度、環境背壓以及鈍體結構，開展可控氛圍下燃料噴霧自燃及燃燒穩定性試驗及仿真研究，建立多物理、多參數影響的湍流射流火焰基礎資料庫；基於RANS/PDF方法建立燃料噴霧燃燒模型，揭示全過程中湍流運動與化學反應動力學對自燃過程及起升火焰穩定的影響機理，獲得控制火焰穩定性的關鍵影響因素，揭示湍流對燃燒的影響機制及燃燒對湍流的抑制/誘導機制。所獲研究成果對新型發動機燃燒技術的開發與套用具有重要的理論參考價值。

結題摘要

本項目基於搭建的新型可控熱氛圍協流燃燒器，獲得了寬協流溫度範圍（300~1200 K）和適當壓力（1~1.5 bar）範圍內的均勻穩定的氫氣和空氣預混燃燒協流場。使用紋影成像、高速攝像機、紅外熱像儀、馬爾文粒度儀、PIV和噪聲捕捉等設備或方法，研究了協流場中的多種燃料射流噴霧和射流起升火焰的特性，全方位地捕捉了噴霧巨觀特徵參數、協流溫度場、射流速度、噴霧速度場、噴霧粒徑分布、透光率分布、體積濃度分布、火焰紅外能量分布、自燃邊界溫度、火焰起升高度和著火延遲期等多組實驗數據。使用EDC和PDF方法，對起升火焰進行了模擬，獲得了火焰結構、混合分數、速度分布和組分分布等計算結果，將實驗數據與部分模擬結果進行了對比，驗證和評估了燃燒模型和化學反應機理。通過對實驗和模擬結果的分析和解讀，揭示了非預混射流起升火焰的最活躍混合分數的決定因素，物理作用和化學作用共同控制的液體燃料自燃機制，火焰基部穩定性與燃料化學著火延遲期敏感性的相互關係以及自燃、火焰傳播和湍流淬熄主導的起升火焰穩定機理。熱協流氛圍中多種不同添加劑的潤滑油的自燃著火進行了研究，獲得了影響潤滑油著火延遲期的因素，實驗結果能夠指導避免發動機缸內早燃和超級爆震現象。捕捉了汽油柴油混合燃料噴霧在熱氛圍中的起升火焰圖像並定義了同時著火協流溫度的概念。結果發現同時著火溫度為1117 K，此溫度下柴油噴霧和汽油噴霧同時自燃。還獲得了同時著火溫度與邊界條件的關係，其變化規律應當可以推廣到實際發動機中。項目研究結果擴充了現有的湍流燃燒實驗資料庫，評估了現階段數值模擬燃燒模型，有助於實現實際發動機的自燃控制和穩定燃燒。