点火能量对甲烷-空气混合物预混火焰初期传播特性的影响开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着能源短缺和排放法规的日益严格，要求内燃机使用清洁的能源。而天然气作为一种气体代用燃料，资源丰富，排放污染低，价格低廉，具有良好的应用前景。目前虽然已实现了在车用发动机上的使用，较之于日益严格的排放法规相比，排放仍然需要降低。天然气相对于汽油具有更宽的发火界限，使得天然气能够实现更为稀薄的燃烧，以降低排放。但是天然气点火能量高，燃烧速度慢，发动机在启动过程中，表现为启动困难，排放差，因此有效地控制点火能量，对于提高点火系统的可靠性，降低污染物排放，减少能源浪费具有重要意义。点火能量是发动机火花塞电极间高压放电产生的能量，用以点燃发动机内可燃混合气，是火焰核形成的重要因素，它直接影响着发动机的动力性和经济性。郭福林等人研究表明，点火能量过低，导致发动机燃烧状况恶化，降低发动机动力性和经济性，使发动机启动性能变差；点火能量过高，则会造成能量的浪费，加大发动机点火系统负荷，降低点火系统寿命。shen等人在单缸汽油机上利用高速纹影系统研究了点火能量对火焰生成和初期发展的影响，发现提高点火能量有助于加大初始火核尺寸，从而加快火焰的形成和初期发展，使燃烧能在更为稀薄的情况下进行。hu等人在试验用cng发动机上研究了点火能量对燃烧特性的影响，发现提高点火能量有助于提高燃烧稳定性。wang等人进一步在cng发动机上研究了不同转速下点火能量对燃油消耗率，排放和稀燃界限的影响。zhou等人在定容燃烧弹上研究了天然气空气混合物层流速度的影响，发现提高点火能量有助于加快火核的形成和初期火焰的发展，压力峰值增大且提前出现，最大放热量增大，最大放热率提前。chen等人的关于路易斯数和点火能量对球形火焰层流燃烧传播速度的影响中指出，不同的点火能量对混合物燃烧初期的影响不同，点火能量越大，球形火焰传播初期的半径越大，拉伸火焰传播速度也越快，但最终火焰半径趋于相等。而天然气主要成分是甲烷，以上研究都是在发动机上进行的，或者是以天然气氢气为研究对象，而发动机实际燃烧比较复杂，要控制燃烧条件不变也是比较困难的，所以本课题利用定容燃烧弹和高速纹影系统开展不同当量比下不同点火能量对甲烷空气燃烧初期的影响，实验所用装置定容燃烧弹是一个抗压抗高温的开有玻璃观察口的箱体，外壁有加热装置用来加热定容燃烧弹弹体，保证实验所需燃烧初始温度，弹体上装有温度传感器和压力传感器，分别用来测量弹体内温度和压力，机构简单，没有压缩过程，可得到更大更清晰的可视化视场，其的主要功能是模拟内燃机在活塞上止点附近的燃烧情况。纹影技术原理是利用气流对光波的扰动以及流畅中折射率梯度正比于流场气流密度，将不可被肉眼看见的气流变化，转化成可以被看见的图像。所用点火装置是电感式点火装置。

在cdi系统中，充电电路对电容充电，当点火触发讯号传到cdi时则停止充电并使电容放电，让储存在电容的高压电流向点火线圈产生足以触发火星塞点火的高电压。

课题旨在利用定容燃烧弹与高速纹影系统，开展不同当量比下不同点火能量对甲烷-空气混合物球形火焰向外传播实验，着重分析点火能量对甲烷-空气混合物预混火焰初期传播特性的影响规律，通过改变点火能量和当量比参数，确定甲烷的可靠最小点火能量，然后建立模型，辅助具体分析点火能量对甲烷-空气混合物燃烧的影响，为天然气发动机的设计和改良提供理论参考。

2. 研究的基本内容与方案

研究内容：利用定容燃烧弹与高速纹影系统，开展不同实验条件下甲烷-空气混合物球形向外传播火焰实验，着重分析不同当量比下不同点火能量对甲烷-空气混合物预混火焰初期传播特性影响，同时确定甲烷的可靠最小点火能量，建立甲烷-空气点火模型，以模拟的手段辅助分析。

研究目标：掌握定容燃烧弹高速纹影系统的使用方法，学习数据处理；通过实验和建立模型的手段，分析不同当量比不同点火能量对甲烷空气燃烧传播初期的影响规律，确定最小可靠点火能量。

技术方案及措施：

3. 研究计划与安排

第1-2周查阅文献完成文献综述及开题报告

第3-4周完成外文翻译；

第5-6周阅读文献确定实验方案，掌握建立点火模型的理论基础；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]stephen r. turns.著，姚强 等译.燃烧学导论：概念与应用(第2版)[m]. 清华大学出版社，2009.

[2]李润之.点火能量与初始压力对瓦斯爆炸特性的影响研究[d].山东科技大学,2010.

[3]谢烽.定容燃烧弹的研制及甲烷燃烧特性的研究[d].安徽理工大学,2014.