高等內燃機帥石汽車工:sjshua

工作過程、燃燒理論、性能分析及參數調講課內第一部分：動力輸出與能1化學能轉化為熱能的有效途第1能指標與影響因素第2章、工質與熱化學第3作循環與能1化學能轉化為熱能的有效途配第二部分：燃燒與第6基礎第7章柴油機混合氣形成與燃燒第8章汽油機混合氣形成與燃燒第9章有害排放物的生成與控制第10章新燃燒方式與替代動 b

Tsinghua ηηη ηη ηPηGPηGηηηHuVpse aR τ

能源消費結構_燃燒方式獲取能量占

Tsinghua世界一次能源消費結構－化石能源主

Tsinghua2004200434.液34.液 的霧化與擴散燃第一部分：動力輸出與能第1能指標與影響因素第2章、工質與熱化學第3作循環與能量利用第4氣過程與進氣充量第5章運行特性與整車匹第二部分：燃燒與第6基礎第7章柴油機混合氣形成與燃燒第8章汽油機混合氣形成與燃燒第9章有害排放物的生成與控制第10章新燃燒方式與替代

Tsinghua主要內

燃燒(combustion)

Tsinghua液 的霧化與擴散燃

可燃物質()與氧化劑(空氣中的氧氣)產生的燃燒分固相燃 氣相燃①預混燃燒：著火前氣體或蒸氣與②擴散燃燒：著火前與氧化劑是相互分開的，著火后邊蒸發、邊與空氣混合燃燒火焰分

Tsinghua預非預混/預混火焰與擴散火

Tsinghua 1：一次空氣系數，即燃燒前同氣體混合 ?本森燈不同的火焰類型（隨通過閥的空氣預混燃燒與擴散燃燒的

TsinghuaPre-mixtureCombustion氣溫度和濃度（混合氣形成影響不大燃燒速度取決于燃油和空氣的混合速（混合氣形成的影響極大φa=0.8-1.2，難以稀φa=1.2-6.8，穩定稀濃度和溫度分布均勻，不易產生碳濃度和溫度分布不均勻，易產生無焰（藍色）燃有焰（黃或白色）燃著火階主要著火階液 的霧化與擴散燃

11主要內

Tsinghua??壁而傳給周圍環境液 的霧化與擴散燃

熱著火理論 在可燃混合氣著火過程中,主要依靠熱量不斷積累而自行升溫使反應速度按指數函數迅速增大,最終導致著火。“零”維模型假設容器V內各處混合物濃度及溫度相同主要內

Tsinghua

熱著火理論

E液 的霧化與擴散燃

RT散熱速率

著火條件①dq1/dtdq2/dt肯定著火dq1/dt＝dq2/dt臨界著火溫度③dq1/dtdq2/dt肯定不著火主要內

Tsinghua液 的霧化與擴散燃

熱著火理論 影響著火因素①壓力：pc↑→Tc量空氣系數φa:對某一pc或Tc,存在主要內

Tsinghua液 的霧化與擴散燃

熱著火理論 結論①可燃混合氣著火過程中的許多現象可②但是，對于可燃混合氣的初始濃度較（280～400℃）或壓力低于大氣力，可燃混合氣也會發生著火現象 ③碳 的實際著火區并不是簡單T-p雙曲線（而是“著 ”） 為了補充熱著火理論為了補充熱著火理論,又發展了主要內

Tsinghua液 的霧化與擴散燃

主要內

著火理

Tsinghua液 的霧化與擴散燃

直鏈反應：1個活性中心1次反應只1個新的活性中(a)速反應個及2個以上的活性中心→加速反應。③支鏈反應(d):反應的中間產物H2+O2鏈式反應機

Tsinghua鏈激活ChainH2MH鏈激活ChainHO2MHO2MHO2H2H2OOHOHH2H2OH

ChainHO2OHOH2OHOHMH2OMHHMOOMO2活性基(中心)是原(Misanyspeciespresentthat活性基(中心)是原主要內液 的霧化與擴散燃

Tsinghua(1)低溫多階段著火①冷焰(1)低溫多階段著火①冷焰誘導階直鏈反應→過氧化物ROOH和乙②冷焰階③藍焰階 ROOH積累→分解 (冷③藍焰階CO→CO2熱焰→燃燒開CO→CO2熱焰→燃燒開i＝123主要內

的鏈式反應著

Tsinghua液 的霧化與擴散燃

低溫多階段著火①冷焰誘導階段直鏈反應→過氧化物ROOH和乙②冷焰階ROOH積累→分解 (冷焰 ③藍焰階支鏈反應CO藍焰)CO→CO2(熱焰)主要內

火花點火過程與點火能

Tsinghua液 的霧化與擴散燃

使鏈反應迅猛進行,當達到其著火溫度時,就會迅速燃燒,產生 這火焰又使鄰近的混合氣團加溫,使點燃與點燃著火的關系：點燃包括 燃著火和火 兩個過程 1擊穿:高1擊穿:高壓(10～35kV)→離子流通道，(10ns)較高，溫度6,000K，能量損失(50%)，持續時間(100μs)。(70%)，持續時間長(幾ms)。1~2mm火核4火核形成：火花出現數百微秒后液 的霧化與擴散燃

Tsinghua主要內液 的霧化與擴散燃

Tsinghua理論上Eb0.2mJ;實際上Eb＝30～50 氣溫度/壓力,氣流運動,火花塞參數。電極間隙(s=0.7~0.8存在最佳的電極間隙 ，電極間混合氣容積↑→Eb↑smin=淬熄距離(傳熱過多過量空氣系數φφa=1→汽油機點火過程可

Tsinghua汽油機點火過程可

Tsinghua0.020.060.100.190.31

Flamekernelgenerationinonecycle

CycleCycleCycleCycle

0.84msafter主要內

火層流

Tsinghua液 的霧化與擴散燃

火焰前鋒面(framefront) 反應速

d[F][F]n[O]mexpEaRT RT

層流層流火焰特點火焰前鋒面釋放能量烴H2－0.1-1Visiblepartofthe

thickness

Diffusionofheatandradicals主要內 液 的霧化與擴散燃 vFvB

未燃

2)火2)火層流火焰前鋒面(framefront)速度與燃速度與燃v

vB

ρm

F已燃

vB

ρm

火焰前鋒/反應主要內

2)火層流

Tsinghua1層1層流火焰燃燒速度很低，一 m/s，滿足不了實際發機燃燒的要求2vBL＝f（T,,φa）3vBL最大值出現在φa=0.9附（略偏濃）液 的霧化與擴散燃

火焰前鋒面(framefront)火 速度與燃燒速主要內液 的霧化與擴散燃ReL

2)火層流湍流

Tsinghua

小渦結 大渦結

5

表面ReD2 繞InternalD Dh主要內液 的霧化與擴散燃

2)火層流湍流

TsinghuaVBT 湍流的效果火焰前鋒表面積增火 速度增 湍流燃燒速度：vBT/vBL1auTb主要內液 的霧化與擴散燃

2)火層流湍流

Tsinghua湍流的效果火焰前鋒表面積增火 速度增 湍流燃燒速度：vBT/vBL1auTb汽油機火 可視化(紋影

Tsinghua

Spark主要內液 的霧化與擴散燃

Tsinghua噴霧1)液 的噴射與霧化噴霧噴霧特性參數長度(BreakupLength)－從噴嘴出口射流軸線開始成液滴之間的距離 平均直徑(SauterMeanDiameter,d3SMD d2 －所有油滴總體積與總表面積之比主要內液 的霧化與擴散燃

Tsinghua1)液 的噴射與霧化 RayleighbreakupDropslargerthanthenozzlediameter,breakupoccursfarfromnozzle.RayleighbreakupDropslargerthanthenozzlediameter,breakupoccursfarfromnozzle.Firstwind-inducedbreakupDropsofsameorderasnozzle,breakupoccursmanynozzlediametersdownstream.Secondwind-inducedbreakupDropssmallerthannozzle,breakupoccurssomedistancedownstream.AtomizationDropsmuchsmallerthannozzle,breakupoccursatnozzleexit.主要內液 的霧化與擴散燃

Tsinghua完全霧v霧化1)液 完全霧v霧化不不完全霧60<v<150主要內液 的霧化與擴散燃

單個 解→固體碳（碳煙）和氫氣；(2)液體油高溫、裂解氣態物）主要內與外緣 與外緣 實際的噴霧燃燒可以看作是油滴群燃燒

單個3）dd10μm混燃燒（多點著火20<d<40μm，擴散燃燒＋預混燃