微自由活塞动力装置燃烧基础研究

目 录 第 1 章 绪论 001 1 . 1 研究背景 001 1 . 2 微动力装置的发展 002 1 . 2. 1 热光电式微动力装置 003 1 . 2. 2 热动式微动力装置 006 1 . 3 微动力装置面临的挑战 011 1 . 3 . 1 材料与加工质量不过关 011 1 . 3 . 2 热量损失严重 012 1 . 3 . 3 驻留时间短，反应不充分 013 1 . 3 . 4 壁面淬熄 014 1 . 4 本书主要研究内容 014 第 2 章 微自由活塞动力装置的结构及工作原理 016 2. 1 自由活塞发动机的结构及工作原理 016 2. 2 微自由活塞动力装置的工作原理 020 2. 3 微自由活塞动力装置的结构设计 022 2. 3 . 1 发电系统设计 022 2. 3 . 2 进排气系统设计 023 2. 3 . 3 进气预热结构设计 026 第 3 章 微自由活塞动力装置 HCCI 燃烧过程试验研究 031 3 . 1 试验原理 031 3 . 2 试验装置与测试方法 032 3 . 2. 1 可视化燃烧室系统 032 微自由活塞动力装置燃烧基础研究 3 . 2. 2 高压驱动系统 034 3 . 2. 3 预混气系统 034 3 . 2. 4 数据处理系统 035 3 . 3 典型着火过程 036 3 . 4 关键运行参数研究 041 3 . 4 . 1 活塞初速度的影响 041 3 . 4 . 2 自 由活塞质量的影响 051 3 . 4 . 3 微燃烧室尺寸的影响 052 3 . 4 . 4 压燃着火界限 053 3 . 5 进气预热试验结果与分析 054 3 . 5 . 1 压燃着火界限 055 3 . 5 . 2 单次冲程时间及着火时刻 056 3 . 5 . 3 临界压燃初动能 056 3 . 6 掺氢试验结果与分析 057 3 . 6 . 1 掺氢对燃烧过程的影响 057 3 . 6 . 2 掺氢对做功能力的影响 060 3 . 7 催化作用下试验结果与分析 060 第 4 章 微自由活塞动力装置燃烧模型与燃烧模拟 063 4 . 1 零维模型 063 4. 1 . 1 求解方程 063 4. 1 . 2 传热模型 064 4. 1 . 3 泄漏模型 065 4. 1 . 4 单活塞式微自由活塞动力装置性能评估 067 4 . 2 多维模型 068 4. 2. 1 物理模型建立 068 4. 2. 2 数学模型建立 069 4. 2. 3 湍流模型的分析与选择 070 4. 2. 4 HCCI 燃烧模型选择 071 4 . 3 数值计算方法及动网格的实现 073 4 . 3 . 1 数值计算方法 073 4 . 3 . 2 动网格的实现 074 4 . 3 . 3 计算模型的验证 076 4 . 4 微自由活塞动力装置 HCCI 燃烧特性影响因素数值分析 077 4 . 4 . 1 自 由活塞初始条件的影响 078 4 . 4 . 2 均质混合气特性的影响 081 4 . 4 . 3 微燃烧室几何特征的影响 087 4 . 4 . 4 泄漏间隙的影响 091 4 . 4 . 5 壁面传热因素的影响 100 第 5 章 微自由活塞动力装置压燃着火条件 103 5 . 1 自由活塞初速度的影响 103 5 . 2 自由活塞质量的影响 105 5 . 3 压缩着火临界初动能 E Kcrit 的影响 105 5 . 4 微燃烧室几何参数对 E Kcrit 的影响 106 5 . 5 均质混合气当量比对 E Kcrit 的影响 108 5 . 6 泄漏间隙对 E Kcrit 的影响 110 5 . 7 自由活塞质量与初速度取值原则 111 5 . 8 微燃烧室几何参数设计 114 第 6 章 微自由活塞动力装置着火燃烧界限拓展 116 6 . 1 压燃界限拓展 116 6 . 1 . 1 不同燃料的压燃界限 116 6 . 1 . 2 当量比对压燃界限的影响 119 6 . 1 . 3 进气温度对压燃界限的影响 123 6 . 1 . 4 催化燃烧对压燃界限的影响 126 6 . 2 稀燃极限拓展 130 6 . 2. 1 掺氢对稀燃极限的拓展 130 6 . 2. 2 预热对稀燃极限的拓展 134 第 7 章 微自由活塞动力装置尺寸界限 139 7 . 1 功率的选取与计算 139 微自由活塞动力装置燃烧基础研究 7 . 2 功率 1 ~ 10 W 的运行尺寸界限拓展 141 7 . 2. 1 功率 1 ~ 10 W 的运行尺寸界限 141 7 . 2. 2 催化作用对运行尺寸界限的影响 144 7 . 2. 3 催化作用对做功能力的影响 147 7 . 2. 4 预热及催化作用对运行尺寸界限的影响 151 7 . 2. 5 预热及催化作用对做功能力的影响 154 7 . 3 功率 10 ~ 60 W 的尺寸界限拓展 157 7 . 3 . 1 功率 10 ~ 60 W 的尺寸界限 157 7 . 3 . 2 催化作用对运行尺寸界限的影响 158 7 . 3 . 3 催化作用对做功能力的影响 159 7 . 3 . 4 预热及催化作用对运行尺寸界限的影响 161 7 . 3 . 5 预热及催化作用对做功能力的影响 162 参考文献 166 附表 172