微發動機均質充量蓄熱催化壓燃過程的研究

微發動機均質充量蓄熱催化壓燃過程的研究

《微發動機均質充量蓄熱催化壓燃過程的研究》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:微發動機均質充量蓄熱催化壓燃過程的研究
  • 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

在微型自由活塞動力裝置均質充量壓燃(HCCI)燃燒過程的研究基礎上,鑒於自由活塞高的往復頻率造成的燃燒時間極短,使燃燒穩定性和微發動機功率受到限制的關鍵問題,提出一種催化蓄熱作用於一體的強化燃燒方式,擴展微燃燒室內混合氣壓縮著火的可燃極限,突破微尺度和高頻往復壓縮對燃燒限制的瓶頸,有效提高微發動機的燃燒穩定性和輸出功率,為研製高功率微動力系統提供理論基礎。通過理論和實驗研究,建立均質混合氣催化反應動力學模型,揭示微燃燒室內催化燃燒過程中混合氣著火、燃燒機理,探討微催化蓄熱作用下壓燃方式的限制因素與著火界限,分析催化反應與傳熱的互動作用對著火點形成的影響,並探討採用不同催化劑及載體對低溫著火的影響;獲得催化蓄熱燃燒方式下微發動機活塞運動特性和能量轉化效率,確定最佳催化燃燒參數,為開發寬可燃界限、良好的燃燒穩定性和高功率的微發動機奠定基礎。

結題摘要

通過採用催化和蓄熱燃燒方式開展微自由活塞發動機燃燒過程特性的研究,提高微燃燒界限和可靠性,以解決由於小尺度下自由活塞高頻往復運動使微燃燒穩定性和微發動機功率受到限制的問題。針對微發動機均質充量壓燃(HCCI)蓄熱催化燃燒過程,完成了本項目的研究工作並取得預期成果:(1)建立了微燃燒室直徑3mm的可視化燃燒實驗裝置,包括不同時刻燃燒圖像拍攝系統,微燃燒壓力測量系統,混合氣當量比測試系統以及混合氣初始溫度測試系統,包括帶催化表面的自由活塞運動部件,並進行了多參數的實驗測試研究。獲得了3種典型的微燃燒過程圖像,即未著火型、臨界著火燃燒型以及完全著火燃燒型圖像,重點開展了臨界著火燃燒型式的多參數變化的影響測試分析,包括燃料當量比,自由活塞質量和啟動速度,混合氣初始溫度以及是否催化等,獲得了包括臨界初動能、臨界壓縮比等關鍵參數的影響規律。(2)構建了微發動機催化、蓄熱燃燒過程的計算模型,開發微自由活塞發動機蓄熱催化均質壓燃的計算軟體,以及基於動格線技術的數值方法的建立。採用多種燃料(甲烷、丙烷和二甲醚等)的詳細化學動力學機理(包括表面反應動力學及氣相反應動力學),對活塞上表面和燃燒室頂部塗有Pt (Rh)催化劑的微型發動機催化燃燒過程進行模擬,詳細分析催化對微型發動機燃燒特性的影響,包括催化燃燒對微型發動機著火時刻及燃燒過程中主要化學組分濃度變化的影響;蓄熱模型主要考慮新鮮混合氣的預熱作用,從而提高混合氣初始溫度。蓄熱裝置申請了國家發明專利。研究結果表明蓄熱催化燃燒能有效拓展微自由活塞發動機HCCI著火的界限和可靠性,實現高頻自由活塞運動下的微燃燒穩定性。(3)重點研究了微自由活塞發動機臨界著火燃燒過程的特點及影響因素實驗和計算分析了不同參數和條件對著火燃燒的影響,獲得了在其他條件確定的情況下,自由活塞臨界初動能這一綜合參數可以表示微發動機臨界著火條件,並能夠與臨界壓縮比相對應,並獲得了臨界初動能的相關表達式。同時詳細研究分析了燃料當量比、催化條件、泄漏損失等重要參數對臨界著火過程的影響,獲得了微自由活塞發動機特定燃料下的最低著火界限,對微型發動機的設計具有重要的指導意義。本項目研究成果主要包括:在國際和國內重要期刊及國內外學術會議發表研究論文15篇,申請和授權發明專利4項,相關成果獲得省部級以上科技進步二等獎2項,培養博士後1名,博士研究生1名,碩士研究生3名。

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