内燃机原理第六章 燃烧的基础知识讲解.ppt

一、单个油滴的蒸发与燃烧 静止空气中液滴的蒸发与燃烧 火焰前锋 油滴 “火包油”，燃料裂解严重 完全蒸发时间： 蒸发常数： —蒸气向外对流量 强迫气流中液滴的蒸发 无气流速度 与气流有相对速度 相对速度大于临界值 液滴 液滴 液滴 火焰前锋 火焰前锋 混合气区 混合气区 混合气区偏移 混合气区分离 火焰前锋 混合气区 静止气流， 扩散燃烧特征，高温缺氧燃烧，易生碳烟； 强迫气流，存在预混合燃烧特征，气流强，碳烟生成少。 涡流 油束核心 无涡流 喷油器 浓度分布 着火区域 着火区域 着火区域宽 油束及油滴群 的蒸发与燃烧 μm ——蓝色火焰，油滴快速蒸发，形成预混合燃烧 μm——蓝色火焰中黄白亮点，预混合+扩散燃烧 μm——黄白亮光火焰，扩散燃烧 良好的喷雾特性，是降低CI-ICE排烟的基本手段 一、燃烧过程研究的实验手段 测功机 控制柜 燃烧分析仪 A/D转换 电荷放大器 缸压传感器 曲轴 位置 传感 器 ICE 进气 排气 联轴 器 油耗仪 燃料 燃烧分析可得到： 图 或 图 一、燃烧过程研究的实验手段 二、燃烧放热速率（Rate of Heat Release） 可燃混合气单位时间或单位曲轴转角的放热量。 燃烧放热速率=瞬时放热速率 三、累积放热率 从放热始点到某一时刻已放出的热量占全部总热量的比率。 燃烧放热速率特征值：始点、形状、峰值、持续期 X = 5%： 着火阶段结束 X = 50%： 前期燃烧结束 X = 95%： 主要燃烧过程结束 曲轴转角 一、燃烧的基础知识现象 二、湍流及其在燃烧中的作用 三、均质混合气的火焰传播 四、液体燃料的雾化和喷雾特性 燃烧过程；燃烧分类；着火半岛；ICE不同的燃烧方式 火花点火过程和湍流火焰 六、燃烧放热规律 放热速率和累积放热率 五、油滴的蒸发和燃烧 湍流强度的概念 单个油滴和油滴群的蒸发和燃烧 1、复习两个气体燃料燃烧理论—热着火和链式着火理论； 2、掌握ICE的燃烧方式； 3、掌握湍流强度表达方式和对ICE燃烧的影响； 4、了解SI-ICE的火花点火过程和影响因素； 5、掌握喷油器的喷油过程和喷雾特性； 6、掌握影响雾化质量的因素； 7、了解示功图的测量过程； 8、掌握燃烧放热速率和累积放热率的概念。 一、燃烧现象 燃烧过程（氧化过程）—着火阶段+燃烧阶段 着火阶段 可燃混合气在一定压力、温度和浓度 下，氧化反应突然加速，并出现火焰 的现象。 燃烧阶段 着火后燃料与氧化剂剧烈放热的氧化反应。 燃烧 滞燃期 反应速度 着火阶段——滞燃期 ICE属周期性非稳定燃烧过程，燃烧持续期10-20ms, 着火过程只有0.3-0.03ms，滞燃期对性能影响大。 固相燃烧： 气相燃烧 氧化剂在燃料表面的氧化反应 燃料与氧化剂按一定比例混合 燃料与氧化剂彼此分离 燃烧 预混合燃烧： 扩散燃烧： 二、燃烧分类 层流预混合燃烧 层流扩散燃烧 紊流扩散燃烧 SI-ICE燃烧 着火延迟 火焰按准球面传播 CI-ICE燃烧 HCCI（柴油）燃烧 油束外围燃烧 多区域同时着火燃烧 燃烧速度 混合气浓度 裂解 火焰 回火 Premixed Combustion 化学反应速度 0.8～1.2 无PM 无焰 有 Diffusion Combustion 混合速度 1.28～6.8 有PM 有焰 无 两种燃烧方式对比 Spark Plug Fuel Injector Hot Flam Region —NOx Hot Flam Region —NOx+PM 三、烃燃料的链式着火 冷焰区 低温多阶段着火 600K 高温单阶段着火 着火半岛 着火界限 冷焰诱导 蓝焰 热焰 低温多阶段着火 冷焰 低温多阶段着火 冷焰诱导阶段 冷焰阶段 蓝焰阶段 高温单阶段着火 温度高，由蓝焰直接进入热焰，完成着火 CnHm ROOH+C2H4O（乙醛） 低温氧化反应 ROOH HCHO（甲醛） HCHO发出低辉度冷焰 HCHO CO CO发出高辉度冷焰（蓝焰） CO CO2 形成热焰，着火 ICE着火燃烧 SI-ICE 爆燃 高温单阶段着火的预混合燃烧 高温单阶段着火的扩散燃烧 低温多阶段着火的预混合燃烧 低温多阶段着火的预混合燃烧 CI-ICE HCCI 低温多阶段着火的预混合燃烧 着火过程属于非常复杂的“化学反应动力学”过程 存在许多未知领域 一、湍流（紊流，Turbulence）定义 流速大小和方向无规则变化的微元气体流动。 湍流影像 进气流场 压缩湍动能 速度 曲轴 转角 瞬时速度u 平均速度U 脉动速度uT 二、湍流特征参数 湍流强度 ICE在第i个循环、曲轴转角为 φ时的瞬时湍流速度： 集总平均速度： 湍流强度： 湍动能 单位质量微元体湍流速度的涨落均方差。 三、湍流对燃烧的影响 湍流