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反应性梯度诱发自燃模式及其转变的基础研究
| 论文题名： | 反应性梯度诱发自燃模式及其转变的基础研究 |
| 关键词： | 汽车发动机;自燃模式;超级爆震;反应性梯度;浓度分层 |
| 摘要： | 发动机小型强化是实现汽车节能减排和提高热效率的主要技术方法，但随之引起的超级爆震等异常燃烧现象会对发动机产生极强的破坏。超级爆震现象的产生与局部“热点”自燃密切相关，发动机中温度和浓度不均匀引起的反应性梯度会导致不同的自燃模式，而不同的自燃模式会导致不同程度的爆震，目前对于自燃模式及其转变机理尚不十分明确。本文基于非稳态反应流自适应模拟程序，在发动机工况下探究局部反应性梯度诱发自燃现象及对燃烧过程的影响。研究结果有助于理解发动机中超级爆震产生机理，对进行爆震调控提供理论指导。 首先，进行了温度梯度诱发自燃模式及转变的研究，在热点内部设置温度梯度，探究甲烷、氢气、甲醇三种燃料在热点内外自燃模式转变规律及机理。结果表明：在热点内，归一化温度梯度ξ和压力波与反应放热之间的耦合状况?可以在爆震半岛中识别出不同燃料的各种自燃模式，如超音速自燃、发展爆轰和亚音速自燃等。在热点外部也涉及自燃模式的转变，包括爆轰的形成和终止：爆轰发展过程是定压燃烧向定容燃烧转变的过程，这个过程受热点内部反应性梯度控制的早期传播和热点外剩余混合物的反应性共同影响。此外，对于甲醇/空气混合物，随着温度梯度的不断增加，ξ先增大后减小，在大热点半径下观察到极大温度梯度时再次出现发展爆轰的自燃模式，扩展了原有的爆震半岛理论。 其次，进行了浓度梯度诱发自燃模式及转变的研究，将正庚烷作为高反应活性燃料(HRF)添加到低反应活性燃料(LRF)甲醇中，研究了正庚烷局部浓度不均匀引发的自燃传播模式和爆轰发展规律，并研究了初始区域外部正庚烷含量对于自燃模式的影响，以此来探究反应活性对于自燃模式转变的影响。结果表明，类似于温度梯度，归一化浓度梯度ξ和压力波与反应放热之间的耦合状况?可以很好的定义双燃料爆震半岛，HRF浓度不均匀性同样会导致超音速自燃、发展爆轰和亚音速自燃等自燃模式。爆轰区域随着初始温度的增加而变窄。初始区域外部正庚烷摩尔分数增加，爆轰下限变化并不明显，但是爆轰上限明显降低，整个爆轰区域变窄。这与剩余混合物反应性强弱和反应波前局部自燃高温反应的强弱有关。 最后，进行了浓度分层对自燃模式影响的研究。以甲醇/空气混合物为例，探究了在经历不同程度浓度分层后，超音速自燃、发展爆轰和亚音速三种自燃模式传播和转变的规律。结果表明：浓度分层可以促进超音速自燃转变为发展爆轰；可以扩展或缩小发展爆轰传播范围；但是对于亚音速自燃传播模式的影响不大，不会导致自燃模式的转变。 |
| 作者： | 董盛 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 潘家营 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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