《基於衝擊波-火焰相互作用汽油機小型化的爆震機理研究》是依託天津大學，由衛海橋擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於衝擊波-火焰相互作用汽油機小型化的爆震機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：衛海橋
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本申請基於衝擊波-火焰相互作用開展汽油機小型化的爆震機理研究。首先開展定容燃燒過程火焰傳播和衝擊波-火焰相互作用下的燃燒過程模擬研究，並開展定容燃燒試驗驗證和模型改進。然後針對小型化汽油機建立燃燒模型，在定容燃燒基礎上引入湍流模型，開展衝擊波-火焰相互作用下自燃產生的衝擊波轉變為爆炸波的模擬研究，結合燃燒室空腔壓力波共鳴特性，揭示汽油機發生自燃到產生爆震的機理。結合單缸機燃燒過程測試技術，對燃燒模擬結果進行實驗驗證和模型修正。基於衝擊波-火焰相互作用機理，開展汽油機機小型化關鍵參數與爆震的影響關係研究，預測爆震發生時刻和強度，探索汽油機小型化的爆震識別技術。基於參數最佳化方法，探索小型化汽油機爆震控制技術。本項目在內燃機工程實際中可以為小型化汽油機燃燒過程模擬、燃燒過程最佳化、爆震診斷及控制技術以及預混合燃燒發動機設計提供新的理論和技術，具有明確的工程指導意義和重要的學術價值和理論意義。
結題摘要
汽油機小型化是現代發動機提高熱效率和降低排放的重要途徑，然而汽油機小型化的主要瓶頸是爆震燃燒問題。儘管國內外學者對爆震燃燒相關問題進行了廣泛研究，由於爆震燃燒過程非常複雜，目前人們仍然對發動機爆震機理不清楚。本申請基於衝擊波-火焰相互作用開展汽油機小型化的爆震機理研究。（1）基於數值模擬開展了定容燃燒過程火焰傳播和衝擊波-火焰相互作用下的燃燒過程研究。結果表明，正常火焰傳播過程由於放熱速率有限，很難產生衝擊波；燃燒過程中產生的壓力波在燃燒室內來回傳播會改變混合氣的熱力學等狀態，導致局部熱點的出現；熱點自燃瞬間釋放大量反應熱，造成局部壓力突變產生衝擊波；衝擊波向外傳播進一步提高周圍混合氣的熱力學狀態，從而誘發新的熱點產生；壓力波（衝擊波）和自燃火焰前鋒相互作用可能導致燃燒模式的轉變。（2）基於三維燃燒程式建立了小型化汽油機爆震燃燒模型，開展了壓力波-火焰相互作用下自燃的產生並最終導致爆震燃燒的模擬研究。結果表明：所建立的爆震燃燒能夠準確地預測缸內壓力、壓力振盪及其頻譜特性分布特性；同時，和活塞壓縮和湍流耗散等壓力源項比較，末端混合氣自燃化學反應放熱對高頻壓力振盪強度貢獻最大。（3）基於衝擊波-火焰相互作用機理，開展了汽油機小型化關鍵參數（增壓、EGR、壓縮比等）與爆震的影響關係研究。結果表明，提高進氣溫度、進氣壓力和壓縮比都能夠增加爆震強度，但是三者對爆震的影響程度也取決於燃料性質；另外，適當地引入冷EGR能夠在不顯著影響發動機動力性的前提下降低發動機爆震強度。（4）基於單缸汽油機和可視化定容彈開展了爆震發生時刻和強度預測的研究，探索了汽油機小型化的爆震識別技術。研究結果表明，通過爆震時高頻壓力振盪特性所獲得的爆震評價方法能夠準確地識別爆震起點和爆震強度，如最大壓力振盪峰值、KI20等。（5）基於參數最佳化方法，探索了小型化汽油機爆震控制技術。結果表明：結合冷EGR技術，獲得了不同進氣壓力、溫度、當量比、噴射參數、壓縮比、點火時間等參數對爆震特性的影響規律。本項目在內燃機工程實際中可以為小型化汽油機燃燒過程模擬、燃燒過程最佳化、爆震診斷及控制技術以及預混合燃燒發動機設計提供新的理論和技術，具有明確的工程指導意義和重要的學術價值和理論意義。
