1. 研究目的与意义（文献综述）
燃烧在工业生产和人们日常生活中的应用日益广泛，而可燃混合气在定容燃烧弹中的燃烧与汽油机的燃烧比较接近，所以定容燃烧弹成为层流预混燃烧应用最为广泛的实验装置之一。定容燃烧弹实验装置主要由湍流发生系统、混合气配置系统、点火系统、燃烧压力测量系统、纹影与高速摄像、时序控制系统和定容燃烧弹组成[1]。它是用来模拟内燃机活塞上止点附近燃烧的一种实验装置，具有结构简单、易于研究单一参数的变化对燃烧过程的影响等优点。该装置是一种良好的介于理论分析和实际应用之间的研究载体，可用于深入研究内燃机的燃烧过程, 为发动机关键技术的研制和开发提供必要的试验数据[2]。定容燃烧弹能够方便地改变空燃比、压力和温度、湍流、火花塞位置、电极间隙与点火能量这些可能对火焰传播过程有较大影响的参数，研究这些参数中单一参数的变化对燃烧过程的影响。在定容燃烧弹中，点火能量直接影响点火核心的生成速率[3],火核的生成速率又影响发动机的效率和排放[4],研究点火能量有助于更准确的分析点火和燃料的燃烧过程,对于改善发动机的动力性、经济性、排放性和抗爆震能力[5]能都有十分重要的意义。
目前对于火焰传播情况的研究方法主要有两种，实验法和数值模拟法。其中用于数值模拟的cfd软件最早于20世纪70年代在美国诞生，近十几年得到了较为广泛的应用，fluent就是比较流行的cfd软件[6]，武汉理工大学的王凯楠等人通过fluent控制变量设计试验方案,研究定容燃烧弹内的预混燃烧特性以及火花塞数量和布置方式对天然气预混火焰传播性质的影响[7]。陈升国用fluent模拟了天然气爆炸燃烧的全过程[8]。
目前关于定容燃烧弹尺寸对火焰传播过程的影响方面的研究还相对较少，普林斯顿大学的michael p. burke研究了圆柱约束条件下火焰的传播过程[9]。 a.p. kelley等人研究了燃烧室尺寸与点火能量对球形层流火焰传播过程的影响。他们分别对当量比为0.8和1.8的贫燃料与富燃料的燃烧情况进行了研究，将燃烧过程分为3个时期：初期，在这个时期火焰的传播主要靠点火核心驱动，火焰速度会迅速增加；平稳期，在这个时期，点火能量对火焰传播的影响已消失，燃烧室壁对火焰的传播还未造成影响，所以火焰的各项参数变化较慢，火焰速度随着火焰拉伸率的减小而增大；末期，由于燃烧室内壁的影响，火焰速度随着火焰半径的增大而减小。当燃烧室长度与直径之比为1.5时，从点火点到燃烧室内壁的前40%的距离，燃烧室尺寸对火焰传播速度的影响还不到1% [10].该研究有利于内燃机的尺寸设计。关于点火能量对火焰传播过程的影响，相关研究与前者相比较多，1991年，西安交通大学的蒋德明指出点火能量的提高对火焰传播的影响主要表现在击穿阶段[11]。普林斯顿大学的zheng chen等人研究了点火能量对火焰轨迹的影响[12]。中国石油大学的崔干等人研究出不同温度与压力下甲烷与空气混合燃料的最小点火能量[13]；美国mary kay o’connor过程安全中心的peng lian通过实验得出了四氢萘中维持火焰内核发展所需要的最小点火能量[14]。
2. 研究的基本内容与方案
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了解实际定容燃烧弹各系统组成及其基本功能。
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建立fluent中层流预混燃烧的数学模型，包括火焰前锋模型、火焰速度、以及火焰的拉伸情况。
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对定容燃烧弹进行二维建模，并通过合适的网格划分机理对其进行网格划分。
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1~4周：查阅相关文献，完成开题报告；
5~10周：学习icem、fluent和chemkin等相关软件，并完成模拟任务；
11周：在定容燃烧弹实验平台上进行实验并与模拟结果进行对比验证；
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[1] 马凡华，蒋德明.一种可变湍流参数的定容燃烧弹试验装置[j].内燃机学报.2001.19(1):69-72.
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