高等内燃机-第6章燃烧基础知识

高等内燃机帅石汽车工:sjshua

工作过程、燃烧理论、性能分析及参数调讲课内第一部分：动力输出与能1化学能转化为热能的有效途第1能指标与影响因素第2章、工质与热化学第3作循环与能1化学能转化为热能的有效途配第二部分：燃烧与第6基础第7章柴油机混合气形成与燃烧第8章汽油机混合气形成与燃烧第9章有害排放物的生成与控制第10章新燃烧方式与替代动 b

Tsinghua ηηη ηη ηPηGPηGηηηHuVpse aR τ

能源消费结构_燃烧方式获取能量占

Tsinghua世界一次能源消费结构－化石能源主

Tsinghua2004200434.液34.液 的雾化与扩散燃第一部分：动力输出与能第1能指标与影响因素第2章、工质与热化学第3作循环与能量利用第4气过程与进气充量第5章运行特性与整车匹第二部分：燃烧与第6基础第7章柴油机混合气形成与燃烧第8章汽油机混合气形成与燃烧第9章有害排放物的生成与控制第10章新燃烧方式与替代

Tsinghua主要内

燃烧(combustion)

Tsinghua液 的雾化与扩散燃

可燃物质()与氧化剂(空气中的氧气)产生的燃烧分固相燃 气相燃①预混燃烧：着火前气体或蒸气与②扩散燃烧：着火前与氧化剂是相互分开的，着火后边蒸发、边与空气混合燃烧火焰分

Tsinghua预非预混/预混火焰与扩散火

Tsinghua 1：一次空气系数，即燃烧前同气体混合 •本森灯不同的火焰类型（随通过阀的空气预混燃烧与扩散燃烧的

TsinghuaPre-mixtureCombustion气温度和浓度（混合气形成影响不大燃烧速度取决于燃油和空气的混合速（混合气形成的影响极大φa=0.8-1.2，难以稀φa=1.2-6.8，稳定稀浓度和温度分布均匀，不易产生碳浓度和温度分布不均匀，易产生无焰（蓝色）燃有焰（黄或白色）燃着火阶主要着火阶液 的雾化与扩散燃

11主要内

Tsinghua••壁而传给周围环境液 的雾化与扩散燃

热着火理论 在可燃混合气着火过程中,主要依靠热量不断积累而自行升温使反应速度按指数函数迅速增大,最终导致着火。“零”维模型假设容器V内各处混合物浓度及温度相同主要内

Tsinghua

热着火理论

E液 的雾化与扩散燃

RT散热速率

着火条件①dq1/dtdq2/dt肯定着火dq1/dt＝dq2/dt临界着火温度③dq1/dtdq2/dt肯定不着火主要内

Tsinghua液 的雾化与扩散燃

热着火理论 影响着火因素①压力：pc↑→Tc量空气系数φa:对某一pc或Tc,存在主要内

Tsinghua液 的雾化与扩散燃

热着火理论 结论①可燃混合气着火过程中的许多现象可②但是，对于可燃混合气的初始浓度较（280～400℃）或压力低于大气力，可燃混合气也会发生着火现象 ③碳 的实际着火区并不是简单T-p双曲线（而是“着 ”） 为了补充热着火理论为了补充热着火理论,又发展了主要内

Tsinghua液 的雾化与扩散燃

主要内

着火理

Tsinghua液 的雾化与扩散燃

直链反应：1个活性中心1次反应只1个新的活性中(a)速反应个及2个以上的活性中心→加速反应。③支链反应(d):反应的中间产物H2+O2链式反应机

Tsinghua链激活ChainH2MH链激活ChainHO2MHO2MHO2H2H2OOHOHH2H2OH

ChainHO2OHOH2OHOHMH2OMHHMOOMO2活性基(中心)是原(Misanyspeciespresentthat活性基(中心)是原主要内液 的雾化与扩散燃

Tsinghua(1)低温多阶段着火①冷焰(1)低温多阶段着火①冷焰诱导阶直链反应→过氧化物ROOH和乙②冷焰阶③蓝焰阶 ROOH积累→分解 (冷③蓝焰阶CO→CO2热焰→燃烧开CO→CO2热焰→燃烧开i＝123主要内

的链式反应着

Tsinghua液 的雾化与扩散燃

低温多阶段着火①冷焰诱导阶段直链反应→过氧化物ROOH和乙②冷焰阶ROOH积累→分解 (冷焰 ③蓝焰阶支链反应CO蓝焰)CO→CO2(热焰)主要内

火花点火过程与点火能

Tsinghua液 的雾化与扩散燃

使链反应迅猛进行,当达到其着火温度时,就会迅速燃烧,产生 这火焰又使邻近的混合气团加温,使点燃与点燃着火的关系：点燃包括 燃着火和火 两个过程 1击穿:高1击穿:高压(10～35kV)→离子流通道，(10ns)较高，温度6,000K，能量损失(50%)，持续时间(100μs)。(70%)，持续时间长(几ms)。1~2mm火核4火核形成：火花出现数百微秒后液 的雾化与扩散燃

Tsinghua主要内液 的雾化与扩散燃

Tsinghua理论上Eb0.2mJ;实际上Eb＝30～50 气温度/压力,气流运动,火花塞参数。电极间隙(s=0.7~0.8存在最佳的电极间隙 ，电极间混合气容积↑→Eb↑smin=淬熄距离(传热过多过量空气系数φφa=1→汽油机点火过程可

Tsinghua汽油机点火过程可

Tsinghua0.020.060.100.190.31

Flamekernelgenerationinonecycle

CycleCycleCycleCycle

0.84msafter主要内

火层流

Tsinghua液 的雾化与扩散燃

火焰前锋面(framefront) 反应速

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

层流层流火焰特点火焰前锋面释放能量烃H2－0.1-1Visiblepartofthe

thickness

Diffusionofheatandradicals主要内 液 的雾化与扩散燃 vFvB

未燃

2)火2)火层流火焰前锋面(framefront)速度与燃速度与燃v

vB

ρm

F已燃

vB

ρm

火焰前锋/反应主要内

2)火层流

Tsinghua1层1层流火焰燃烧速度很低，一 m/s，满足不了实际发机燃烧的要求2vBL＝f（T,,φa）3vBL最大值出现在φa=0.9附（略偏浓）液 的雾化与扩散燃

火焰前锋面(framefront)火 速度与燃烧速主要内液 的雾化与扩散燃ReL

2)火层流湍流

Tsinghua

小涡结 大涡结

5

表面ReD2 绕InternalD Dh主要内液 的雾化与扩散燃

2)火层流湍流

TsinghuaVBT 湍流的效果火焰前锋表面积增火 速度增 湍流燃烧速度：vBT/vBL1auTb主要内液 的雾化与扩散燃

2)火层流湍流

Tsinghua湍流的效果火焰前锋表面积增火 速度增 湍流燃烧速度：vBT/vBL1auTb汽油机火 可视化(纹影

Tsinghua

Spark主要内液 的雾化与扩散燃

Tsinghua喷雾1)液 的喷射与雾化喷雾喷雾特性参数长度(BreakupLength)－从喷嘴出口射流轴线开始成液滴之间的距离 平均直径(SauterMeanDiameter,d3SMD d2 －所有油滴总体积与总表面积之比主要内液 的雾化与扩散燃

Tsinghua1)液 的喷射与雾化 RayleighbreakupDropslargerthanthenozzlediameter,breakupoccursfarfromnozzle.RayleighbreakupDropslargerthanthenozzlediameter,breakupoccursfarfromnozzle.Firstwind-inducedbreakupDropsofsameorderasnozzle,breakupoccursmanynozzlediametersdownstream.Secondwind-inducedbreakupDropssmallerthannozzle,breakupoccurssomedistancedownstream.AtomizationDropsmuchsmallerthannozzle,breakupoccursatnozzleexit.主要内液 的雾化与扩散燃

Tsinghua完全雾v雾化1)液 完全雾v雾化不不完全雾60<v<150主要内液 的雾化与扩散燃

单个 解→固体碳（碳烟）和氢气；(2)液体油高温、裂解气态物）主要内与外缘 与外缘 实际的喷雾燃烧可以看作是油滴群燃烧

单个3）dd10μm混燃烧（多点着火20<d<40μm，扩散燃烧＋预混燃