《微壓燃式自由活塞動力裝置啟動過程的研究》是依託江蘇大學，由柏金擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：微壓燃式自由活塞動力裝置啟動過程的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：柏金
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於碳氫燃料壓縮燃燒的微自由活塞動力裝置是解決微機電系統動力輸出瓶頸的有效途徑之一，是近幾年研究熱點之一。在前期對微自由活塞動力裝置單次壓縮燃燒特性的研究基礎上，本項目提出開展微壓燃式自由活塞動力裝置啟動過程的研究，採用理論分析、可視化實驗及數值模擬方法，分別研究摻混燃料均質壓縮燃燒過程、進排氣過程及冷啟動過程，建立工作過程中的熱力學模型、微尺度流動模型及活塞組件動力學模型，揭示微尺度壓縮燃燒特性、缸內氣體微流動特性，最終建立雙缸微自由活塞動力裝置活塞組件運動數學模型，研究不同啟動策略下啟動過程的特徵，獲得微壓燃式自由活塞動力裝置啟推能量與各參數之間的關係表達式，探尋均質氣體壓縮燃燒的臨界啟推能量，使微自由活塞動力裝置由啟動過程平穩過渡到運行過程，為樣機研製與最佳化奠定研究基礎。
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、泄漏模型、微通道掃氣模型以及恆力往復循環啟動模型，結合基於壓力測試的可視化實驗研究與變參數數值模擬計算，對微自由活塞動力裝置臨界壓燃界限拓展進行了研究，對進、排氣結構設計進行了計算，完成了本項目的研究工作並取得預期成果：（1）詳細分析了催化預熱及摻混燃料對微動力裝置壓燃特性的影響，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，能達到拓展燃燒界限及最佳化裝置燃燒性能的目的，同時可以在一定程度上降低微燃燒室內最高溫度及最高壓力，從而使微動力裝置實現更加穩定的燃燒；（2）重點研究了泄漏間隙對微動力裝置做功能力及燃燒過程的影響，針對直徑3mm，長度20mm的燃燒室，隨著徑向間隙的增加，最高壓力升高率降低，微動力裝置工作過程的粗暴性降低；著火時刻有所推遲，但混合氣的泄漏量增加，系統總能量下降，導致活塞膨脹末速度下降。當徑向間隙為2.0μm時，隨著橫向間隙的增加，指示功增加，最高達到0.26051J。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；（3）建立了單缸壓燃掃氣模型，並對各參數對掃氣效果的影響進行了詳細的數值模擬研究，結果表明在單個進、排氣道模型下，進、排氣口間距為2mm，進氣道傾角大小為30°，排氣道傾角為60°，進氣道直徑為0.8mm，排氣道直徑為0.9mm的時候掃氣效果最好；（4）初步建立了恆力往復循環啟動模型，同時得到微燃燒室底局部加熱，可以大幅度降低臨界壓燃壓縮比值，使得啟動過程更易實現，在後續的研究中可以考慮局部熱點輔助啟動模式，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：在國際重要期刊發表研究論文2篇，申請和授權發明專利4項，培養碩士研究生4人。
