面向梯级自燃的纯质组分燃料临界自燃条件研究

发布时间：2018-05-19 08:02

  本文选题：梯级自燃 + 纯质燃料　； 参考：《吉林大学》2016年硕士论文

【摘要】：基于内燃机产业面临能源与环境问题的严峻挑战,提出了“反应控制的均质混合气梯级自燃燃烧模式”的思路,而能够实现此新型燃烧模式的关键前提是各组分临界体积浓度和临界自燃温度阈值要有充分的差异性。因此本文开发了压力、混合气成分等条件精确可控的定容燃烧弹测试平台,并基于该平台对纯质燃料在不同的燃料体积浓度、空气体积浓度条件下的临界起燃温度进行了初步研究。定容燃烧弹测试平台主要包括以下几大系统:1.定容燃烧弹弹体,由上盖板、中间燃烧室体和下盖板三部分组成,可承受最大爆发压力18MPa,其燃烧室内腔呈圆柱形,直径为132mm,高度为83mm。2.进气系统和排气系统,主要对气源、管路、阀门和压力表等关键部件进行设计、选型以及连接,实现对进入弹体的空气量的精确控制并将废气排出。3.燃油供给系统,首先将试验燃油输入到气-液分离调压箱内,然后利用高压氮气在调压箱内建立所需高压,高压油轨与调压箱内的燃油相通使压力相同,进而向喷油器提供所需的稳定高压燃油。4.温控系统,以理论计算所得的加热功率为依据来完成温控系统中各个部件的选型,通过调节调压器可以改变加热管的加热功率,加热圈起到辅助加热、保温的作用。5.数据采集系统,通过缸压传感器将弹体内压力转变为电荷信号,再通过电荷放大器转换为模拟电压信号。温度是通过温度传感器转换为接触电势,再通过温度变送器转换为模拟电压信号。而后利用数据采集卡将温度、压力所对应的模拟电压信号进行同步采集,转换为计算机能够处理的数字信号,最终通过Lab VIEW软件显示和存储。6.喷油控制系统,驱动程序是由Code Warrior软件所编译的,并将其下载到Freescale单片机即电子控制单元(ECU),ECU所输出的方波脉冲经驱动电路放大后控制喷油器开启和关闭时刻,本系统还通过USB-CAN转接卡实现了ECU与计算机Lab VIEW软件的通讯功能。利用所搭建的定容燃烧弹测试平台,研究了在不同的加热功率和空气体积浓度的条件下获得的弹体内稳态温度场的分布情况,可以看出在径向半径为25-44mm、轴向高度为30-55mm的区域内温度达到最高并且此区域的极限温差不超过50℃,所以利用温度传感器监测轴向高度为42mm、径向半径为44mm这一位置的温度变化来测定其临界起燃温度。在进气空气量为6412.17mg、正丁醇喷射量为572mg的调试工况点对燃烧过程进行分析,并计算所得此工况点的燃烧效率为42.82%,对本测试平台进行评价、提出改进措施。据此,改变不同的燃料体积浓度和空气体积浓度条件来测定多组临界起燃温度,根据试验结果分析研究,当进气空气量不变而喷油量增加了1倍时,临界起燃温度下降了9.73%,而当喷油量不变而进气空气量增加了1.3倍时,临界起燃温度增加了5.39%,燃料体积浓度或空气体积浓度单一改变时,临界起燃温度向混合气浓度增加的方向有下降的趋势,同时临界起燃温度变化受燃料体积浓度的影响比空气体积浓度更敏感。综上所述,正丁醇混合气在不同的空气体积浓度和燃料体积浓度条件下具有临界起燃温度的区分度,这样通过后续大量试验标定就可以绘制由空气体积浓度和燃料体积浓度决定的各种纯质燃料组分的临界起燃温度MAP图,用来判断多种纯质燃料组分混合气实现梯级自燃的可能性及能量注入引发可靠梯级自燃的有效方式。
[Abstract]:A constant volume combustion bomb test platform is composed of upper cover plate , middle combustion chamber body and lower cover plate . Based on the results of experiments , the critical ignition temperature is decreased by 9.73 % , while the critical ignition temperature is increased by 5.39 % . When the fuel volume concentration or the volume concentration of air is increased by 1.3 times , the critical ignition temperature is increased by 5.39 % , the fuel volume concentration or air volume concentration is increased by 1 . 3 times . In conclusion , the critical ignition temperature is increased by 5.39 % .
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK401

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本文编号：1909336