《微型自由活塞動力裝置工作過程及熱動力學模型研究》是依託江蘇大學，由王謙擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微型自由活塞動力裝置工作過程及熱動力學模型研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王謙
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微型動力裝置是提供微機電系統（MEMS）持續穩定能量的重要途徑，特別是基於微燃燒的動力裝置具有能量轉換效率高和功率密度高的優勢，成為國內外研究熱點。在前期對微型自由活塞動力裝置著火過程和燃燒穩定性的研究基礎上，本項目提出開展微型HCCI自由活塞動力裝置工作過程及熱動力學模型研究。採用可視化實驗與準循環裝置測試相結合的方法，研究裝置的啟動過程、進排氣和燃燒過程以及自由活塞動力學過程，獲取自由活塞運動圖像、燃燒圖像、燃燒壓力以及溫度的變化特徵；建立考慮微小尺度效應的裝置工作過程中的熱力學及動力學模型，包括裝置啟動過程能量預測模型、微自由活塞動力學模型、微燃燒（含催化燃燒）化學動力學模型以及微小尺度下傳熱模型、泄漏模型，獲取啟動過程自由活塞最低能量準則、混合氣臨界著火燃燒條件、負載條件下自由活塞動力特性及示功圖，確定微型動力裝置的能量轉換效率、做功能力等評價指標，並研製原型樣機。
結題摘要
通過建立考慮微小尺度效應的微燃燒（含催化燃燒）化學動力學模型以及泄漏模型，結合基於壓力測試的可視化變參數實驗研究與數值模擬計算，獲得了啟動過程自由活塞最低能量準則、混合氣臨界著火燃燒條件、自由活塞動力特性及示功圖，完成了本項目的研究工作並取得預期成果：（1）最佳化了可視化壓燃實驗裝置，包括微燃燒壓力測量系統及燃氣預熱裝置，獲得了不同自由活塞啟動速度，混合燃料預熱溫度及催化條件下，混合氣體壓力變化規律、作功能力評價及對壓燃啟動能量的影響規律。微燃燒室體積為0.26cm3時，淨功率可達70w，相比其他光電、光熱轉化形式微動力裝置，其功率與功率密度優勢比較明顯。（2）詳細分析了多種混合燃氣對微型發動機燃燒特性的影響，包括甲烷摻混氫氣、高溫EGR 以及使用Pt催化燃燒方法，結果表明，摻混燃料及催化燃燒均可顯著降低微燃燒室內HCCI燃燒的臨界壓燃初動能，使著火時刻提前，但會導致微動力裝置做功能力的降低，當摻氫比為0.1~0.2，EGR率為0.1時，既能達到拓展燃燒界限及最佳化裝置燃燒性能的目的，又不會使做功能力損失過多，此時裝置性能最優。（3）重點研究了泄漏間隙對微動力做功能力及燃燒過程的影響，徑向間隙為2.0μm時，指示功值高於無泄漏間隙情況；但當徑向間隙大於2.0μm，指示功隨著徑向間隙δ的增加而減小，做功能力降低，微自由活塞動力裝置的指示功呈現先上升後降低的趨勢。合理的間隙尺寸，在不影響做功能力的前提下，可降低工作過程的粗暴性，有利自由活塞動力過程的控制。（4）初步建立了結合進、排氣過程的壓燃模型，分析了微空間內氣體流動規律。對微動力裝置樣機的試製具有重要的指導意義。本項目研究成果主要包括：發表論文SCI檢索7篇，EI論文3篇，申請和授權發明專利5項，相關成果獲得省部級以上科技進步二等獎1項，博士研究生1名，碩士研究生8名。
