【摘 要】
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预燃室高能点火技术由于具有增强点火能量、实现多点点火、加快火焰传播速度以及提升稀燃稳定性等众多优势,目前已被视为一种可有效推进点燃式发动机高效清洁工作的技术措施。预燃室高能点火系统主要通过喷孔喷入主燃室内的热射流引燃和控制主燃室的混合气燃烧过程,进而热射流的优化组织无疑是其设计开发的关键核心。所以,本文着重利用仿真和光学测试手段针对预燃室点火系统热射流的形成和发展特性进行了研究,以期为热射流的优化
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（51876079）“可控自燃汽油机瞬变工况燃烧畸变机制及调控研究”； 吉林省科技发展计划项目（20210201039GX）“车用汽油机热射流高能点火系统开发及应用”； 动力机械与工程教育部重点实验室开放课题“预燃室点火系统热射流形成及其引燃机制研究”；
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预燃室高能点火技术由于具有增强点火能量、实现多点点火、加快火焰传播速度以及提升稀燃稳定性等众多优势,目前已被视为一种可有效推进点燃式发动机高效清洁工作的技术措施。预燃室高能点火系统主要通过喷孔喷入主燃室内的热射流引燃和控制主燃室的混合气燃烧过程,进而热射流的优化组织无疑是其设计开发的关键核心。所以,本文着重利用仿真和光学测试手段针对预燃室点火系统热射流的形成和发展特性进行了研究,以期为热射流的优化组织和预燃室点火系统的优化设计提供指导。本文的主要工作有:（1）搭建了带有预燃室的定容燃烧弹试验平台,其主要由定容燃烧弹装置、燃油压力控制系统、温度控制系统、数据采集设备、喷油控制系统以及管路系统等组成,并通过试验获得预燃室内的压力变化和主燃室内射流火焰的图像。同时,利用Converge软件搭建了仿真平台,基于所获得的试验数据,验证射流仿真模型的准确性。（2）仿真研究了不同喷射压力对预燃室内混合气形成的影响,结果表明:燃油喷射压力会影响燃油雾化效果以及预燃室内均质混合气形成所需要的时间,喷射压力在5MPa到15MPa的范围内,喷射压力越大,燃油雾化效果越好,预燃室内形成均质混合气所需要的时间越短。（3）在喷油器选用最佳喷射压力的基础上,通过Converge仿真软件研究了不同的预燃室形状、面容比、截面比和射流喷孔数目等预燃室结构参数对射流特性的影响,主要得出以下结论:1)上部形状为圆柱形的预燃室,在燃烧时容易产生燃烧死区,影响预燃室内部混合气的燃烧和喷入主燃室内射流火焰的发展。2)面容比在0.01cm-1到0.06cm-1范围内,随着面容比的增大,即射流喷孔直径的增大,射流火焰在主燃室内出现的时刻呈现出先提前后滞后的趋势,射流火焰的贯穿距以及射流火焰的面积均呈现出先增大后减小的趋势。面容比为0.026cm-1到0.036cm-1之间的预燃室,能获得相对较大的射流火焰面积。3)截面比在0.10到0.30范围内,随着截面比的增大,射流火焰喷入主燃室的时刻滞后,射流火焰的贯穿距和射流火焰的面积均呈现出先增大后减小的趋势。当截面比为0.15和0.20时的预燃室,均能获得相对较大的射流火焰贯穿距和面积。4)在保持射流喷孔总横截面积不变的前提下,射流喷孔数目为十孔时,会造成射流火焰径向传播不足,射流火焰之间还会相互干扰;当射流喷孔数目为两孔时,则会造成射流火焰周向传播不足。当射流喷孔的数目为四孔和八孔时,主燃室内射流火焰的面积相对较大。（4）在保持最佳预燃室结构的基础上,通过Converge仿真软件研究了环境氛围参数对射流特性的影响规律,主要得出以下结论:1)当量比在0.8到1.3范围内,随着预燃室内燃空当量比的增大,射流火焰的贯穿距和射流火焰的面积均呈现出先增大后减小的趋势,当量比在1.06到1.16范围内,主燃室内的射流火焰贯穿距和射流火焰面积相对较大。2)提高定容燃烧弹内的初始环境温度和初始环境压力,有利于射流火焰在主燃室内的传播,初始环境温度在500K到650K的范围内,射流火焰的面积随着初始环境温度的增大而增大;初始环境压力在0.50MPa到1.50MPa的范围内,射流火焰的面积随着初始环境压力的增大而增大。3)对于甲烷、汽油、甲醇以及氢气四种燃料,相同时刻下,氢气的射流火焰贯穿距和射流火焰面积均最大,甲醇次之,汽油再次之,甲烷最小。
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