進氣道噴射氫內燃機回火產生的機理與控制方法研究

《進氣道噴射氫內燃機回火產生的機理與控制方法研究》是依託北京理工大學，由劉興華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：進氣道噴射氫內燃機回火產生的機理與控制方法研究
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：劉興華
• 項目類別：面上項目

項目摘要

對於進氣道噴射的氫內燃機，回火現象就是氫混合氣在進氣道內非正常燃燒。本項目擬在氫內燃機進氣道噴射邊界條件下：(1)揭示氫混合氣稀燃極限分布變化機理以及設計參數與運行參數對其的影響過程；(2)探明缸內溫度、濃度、速度各物理場的相互關係以及對回火現象的耦合作用機理；(3)提出氫內燃機回火現象的計算模型，並提出有效的預測和控制方法。.制定的部分研究方案如下：在進氣道實驗台上建立可視化模擬進氣道並加裝電子控制進氣門，結合光學發動機利用PIV技術、彩色CCD測溫法、紋影法等測試手段及CFD計算分析方法，揭示氫燃料混合氣的形成機理以及缸內速度、濃度等物理場的分布特性；在前人的基礎上建立回火仿真模型用來預測和評估回火控制方法。這些研究旨在探索氫混合氣稀燃極限的形成及其分布規律、揭示特定條件下氫混合氣的燃燒機理，為氫內燃機消除回火提供理論支持。

結題摘要

相對於汽油而言，氫氣具有可燃範圍寬廣、點火能量低等特點，因此回火現象在進氣道噴射式氫內燃機較汽油機中更易發生。本項目為研究進氣道噴射氫內燃機回火產生的機理與控制方法，從以下三個方面進行分析：（1）本項目搭建了進氣道噴射式氫內燃機試驗平台與仿真平台，通過分析台架試驗結果與仿真計算結果，總結得出結構設計參數與運轉參數對氫氣空氣混合氣在進氣道中的溫度場、速度場、濃度場的影響機理；（2）本項目開發了中心點火式定容燃燒模擬試驗平台、頂置點火式定容燃燒模擬試驗平台以及誘發湍流定容燃燒模擬試驗平台，通過分析在不同定容燃燒模擬裝置中氫氣空氣混合氣的溫度場、速度場、濃度場等各物理場的分布情況，得出不同點火位置下各物理場對氫氣空氣預混燃燒特性的影響規律以及當量燃空比與初始壓力對最小點火能量的影響規律，同時，本項目採用CHEMKIN-PRO模擬計算氫氣層流燃燒的火焰結構和燃燒速度，通過本部分分析可探明火源與缸內物理場的相互關係；（3）本項目根據上述理論研究和試驗數據分析結果，對影響回火現象的各個物理量進行權重分析，探究氫內燃機在不同負荷工況下回火發生的機理，提出不同轉速和負荷工況時避免發生回火現象的噴氫正時預測，並且此預測模型經過氫內燃機試驗台架試驗證明該無回火控制策略有效。本項目研究為進氣道噴射式氫內燃機無回火運行噴氫正時控制策略提出理論依據，提高進氣道噴射式氫內燃機的安全性、動力性、經濟性。