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发动机缸内自燃着火与火焰传播的调控 被引量：19
1
作者 刘海峰 文铭升 +3 位作者 杨智 房性会 唐青龙 尧命发 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期200-209,共10页
在一台轻型光学发动机上对比了部分预混压燃(PPC)和燃料活性控制压燃(RCCI)两种燃烧模式的着火及燃烧发展过程,并分别探究了不同喷射策略对两种燃烧方式的影响.研究发现,对于PPC燃烧模式,混合气浓度分层越小,燃烧过程中自燃占比越高;混... 在一台轻型光学发动机上对比了部分预混压燃(PPC)和燃料活性控制压燃(RCCI)两种燃烧模式的着火及燃烧发展过程,并分别探究了不同喷射策略对两种燃烧方式的影响.研究发现,对于PPC燃烧模式,混合气浓度分层越小,燃烧过程中自燃占比越高;混合气浓度分层越大,燃烧过程中火焰传播占比越高.对于RCCI燃烧模式,缸内直喷高活性燃料比例较高时,燃烧是从高活性区到低活性区分阶段顺序自燃;缸内直喷高活性燃料比例较低时,燃烧是火焰传播与自燃共同主导的过程.从而阐明了PPC和RCCI相较于均质压燃(HCCI)能够实现更高负荷高效清洁燃烧的本质是,燃烧发展历程从单纯的多点自燃燃烧转变为火焰传播与自燃共存. 展开更多
关键词 部分预混压燃 燃料活性控制压燃 光学诊断
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柴油掺混正丁醇对火焰发展及光谱的影响 被引量：7
2
作者 刘海峰 文铭升 +3 位作者 崔雁清 张传奇 郑尊清 尧命发 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期1998-2004,共7页
正丁醇是一种很有前景的柴油替代燃料,针对缸内火焰发展和燃烧中间产物的自发光光谱开展研究,有助于深入理解柴油掺混正丁醇混合燃料对柴油机燃烧过程的影响规律。因此,在一台光学发动机上,利用火焰高速成像技术和自发光光谱分析法,研... 正丁醇是一种很有前景的柴油替代燃料,针对缸内火焰发展和燃烧中间产物的自发光光谱开展研究,有助于深入理解柴油掺混正丁醇混合燃料对柴油机燃烧过程的影响规律。因此,在一台光学发动机上,利用火焰高速成像技术和自发光光谱分析法,研究纯柴油与柴油掺混不同比例正丁醇后对发动机缸内火焰发展和自发光光谱的影响。试验过程中,光学发动机转速为1 200 r·min^-1,喷油压力为600 bar,进气加热到398 K,使上止点附近达到约900 K温度。纯柴油、柴油掺混20%正丁醇燃料和柴油掺混40%正丁醇燃料分别用D100, DB20和DB40表示,三种燃料在每个着火循环喷入的油量分别为17.5, 18.7和19.2 mg,从而保证发动机输出功相同。试验结果表明:冷却水温不变时,喷油时刻推迟,滞燃期缩短,初始火核形成时刻推迟,蓝色预混火焰比例减小;喷油时刻不变时,提高冷却水温度,滞燃期缩短,初始火核形成时刻提前,蓝色预混火焰比例减小。随着正丁醇掺混比例增加,呈现局部混合气率先着火的特征且着火时刻推迟,蓝色预混火焰比例增加,火焰亮度降低,火焰亮度从大到小依次为:D100>DB20>DB40。D100燃料随喷油推迟,整体光谱的峰值向长波方向移动,碳烟辐射增强, OH谱带的光强峰值先增大后减小, OH和CH2O谱带出现的时刻推迟,表明高温和低温反应时刻推迟;喷油时刻不变时,提高冷却水温,整体光谱的光强增加, OH和CH2O谱带的出现时刻提前,表明高温和低温反应时刻提前。掺混正丁醇后的DB40燃料随喷油推迟,光谱的整体光强增加, OH和CH2O谱带的光强峰值提高,表明推迟喷油对DB40燃料也是有助于促进高温和低温反应。DB40燃料光谱的整体光强低于D100燃料,其OH和CH2O的谱带出现的时刻迟于D100燃料,表明掺混正丁醇后燃料的高温和低温反应时刻都相对D100燃料推迟。SOI-15、冷却水温95℃工况下, D100燃料的谱� 展开更多
关键词 柴油 正丁醇 火焰发展 自发光光谱
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大空间尺度下预燃室射流火焰发展历程的光学诊断和模拟研究
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作者 叶映 明镇洋 +3 位作者 王昌庆 文铭升 刘海峰 尧命发 《内燃机工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期34-42,共9页
基于定容燃烧弹,在与大型低速预燃室式双燃料船机相似的空间和热力学条件下,采用相似的点火过程,对主燃烧室内的射流火焰发展和引燃预混火焰的扩展历程进行光学测试;提出一种基于全网格映射,分阶段采用不同的燃烧模型的方法模拟不同燃... 基于定容燃烧弹,在与大型低速预燃室式双燃料船机相似的空间和热力学条件下,采用相似的点火过程,对主燃烧室内的射流火焰发展和引燃预混火焰的扩展历程进行光学测试;提出一种基于全网格映射,分阶段采用不同的燃烧模型的方法模拟不同燃烧阶段的火焰发展过程。基于定容装置试验数据验证了模型对燃烧火焰扩展速度预测的适用性和准确性。研究结果表明:预燃室燃油喷射量直接影响射流火焰的最大贯穿距离和火焰强度;主燃烧室内的混合气需要达到一定浓度才能被引燃。对燃烧过程的模拟,第一阶段燃烧采用均质搅拌反应器(well-stirred reactor,WSR)模型可以较为准确地模拟不同燃油喷射量下的射流发展速度和火焰射流的最大贯穿距离;第二阶段燃烧采用G方程可以较为准确地模拟火焰在各方向上的扩展速度。采用Mapping方法连接的两个模型对燃烧两个阶段的火焰扩展的整体速度具有较高的预测精度。 展开更多
关键词 定容燃烧弹 低速船机 双燃料 光学诊断 数值模拟
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喷油压力和进气温度对氨/正十二烷双燃料发动机燃烧稳定性影响研究
4
作者 刘海峰 王冠月 +3 位作者 文铭升 明镇洋 崔雁清 尧命发 《燃烧科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期1-8,共8页
基于一台光学发动机,在1200 r/min转速下,采用进气道低压喷射氨气,缸内高压直喷高活性正十二烷的双燃料燃烧模式,应用火焰高速成像方法,研究了喷油压力和进气温度对氨/正十二烷双燃料发动机缸内燃烧的影响规律.结果表明,直喷燃料喷射压... 基于一台光学发动机,在1200 r/min转速下,采用进气道低压喷射氨气,缸内高压直喷高活性正十二烷的双燃料燃烧模式,应用火焰高速成像方法,研究了喷油压力和进气温度对氨/正十二烷双燃料发动机缸内燃烧的影响规律.结果表明,直喷燃料喷射压力降低,导致正十二烷浓度分层增大,自燃着火点增多,更有利于正十二烷引燃均质预混合的氨气;直喷压力在30 MPa和60 MPa工况下,火焰初期NH3燃烧的橘色火焰占主导,之后呈现正十二烷预混蓝色火焰与NH3橘色火焰叠加现象;在90 MPa喷射压力下,火焰发展初期正十二烷预混蓝色火焰占主导,随着燃烧发展NH3橘色火焰的比例逐渐增多.在30 MPa喷射压力下,缸内直喷正十二烷可以实现90%氨气比例的稳定着火,但是燃烧反应速率过低,燃烧持续期过长.进气温度从100℃升高到125℃后,自燃着火点数量增加,氨双燃料燃烧反应速率提高,放热率峰值增大;然而进气温度进一步从125℃提高到150℃时,对燃烧压力和放热率影响很小.上述研究表明,较低的直喷燃料喷射压力和适当提高进气温度更有利于氨燃料的稳定着火以及燃烧速率的提升和氨在双燃料中占比的提高. 展开更多
关键词 双燃料发动机 氨气 正十二烷 喷射压力 光学诊断
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乙醇汽油燃料特性对直喷增压乘用车性能影响研究 被引量：6
5
作者 张传奇 文铭升 +3 位作者 董芳 杨勇 刘馨璐 刘海峰 《内燃机工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期54-61,共8页
使用纯汽油与4种乙醇体积分数为10%的乙醇汽油,在一辆缸内汽油直喷乘用车上研究不同燃料对整车性能的影响。试验结果表明:在新欧洲驾驶循环下,燃用乙醇汽油会增加汽车运行时的百公里油耗,但燃用乙醇汽油汽车的当量油耗则可以低于纯汽油... 使用纯汽油与4种乙醇体积分数为10%的乙醇汽油,在一辆缸内汽油直喷乘用车上研究不同燃料对整车性能的影响。试验结果表明:在新欧洲驾驶循环下,燃用乙醇汽油会增加汽车运行时的百公里油耗,但燃用乙醇汽油汽车的当量油耗则可以低于纯汽油汽车的油耗,说明燃用乙醇汽油燃料的汽车可以实现更高的热效率、更低的碳排放、更低的颗粒物排放和更良好的加速性能。5种燃料中,随芳烃含量升高,汽车油耗、颗粒数、NO x排放整体会呈现上升趋势。综合性能来看,通过燃料优化可以使乙醇汽油高效清洁地应用于整车,但在低车速、冷起动工况下因发动机运转温度较低,其CO排放比纯汽油要高,HC排放比纯汽油低。 展开更多
关键词 乙醇汽油 理化特性 有害排放物 汽车性能
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高压汽油喷雾贯穿距和喷雾锥角经验公式研究
6
作者 刘海峰 黄志雄 +4 位作者 丰雷 崔雁清 文铭升 明镇洋 尧命发 《燃烧科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期267-274,共8页
喷雾特征参数经验公式广泛应用于发动机研究和设计.笔者总结了目前常用的预测喷雾贯穿距和锥角的经验公式,并与高压汽油喷雾试验数据进行对比,验证这些经验公式是否适用于高压汽油喷雾.结果表明:在总结的喷雾贯穿距公式中,Dent公式、Arr... 喷雾特征参数经验公式广泛应用于发动机研究和设计.笔者总结了目前常用的预测喷雾贯穿距和锥角的经验公式,并与高压汽油喷雾试验数据进行对比,验证这些经验公式是否适用于高压汽油喷雾.结果表明:在总结的喷雾贯穿距公式中,Dent公式、Arrègle公式、Schihl公式、Naber公式和Wakuri公式预测性较差,Arai公式预测性最好.在总结的喷雾锥角公式中,Arai公式综合环境气体密度和喷油压力的影响,对喷雾锥角试验值的预测性最好.笔者进一步在Arai公式基础上对系数进行修正,得到了新的经验公式,修正后的喷雾贯穿距和锥角预测公式与高压汽油喷雾试验值之间的平均相对误差分别减小到2.43%和1.34%. 展开更多
关键词 高压汽油喷雾 喷雾贯穿距 喷雾锥角 经验公式
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不同含氧调合汽油燃料的整车及排放性能试验研究 被引量：2
7
作者 刘海峰 张传奇 +3 位作者 文铭升 张弟平 杨勇 刘馨璐 《内燃机工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1-8,共8页
将甲醇、乙醇、正丁醇和2,5-二甲基呋喃(DMF)分别与市售编号为92号汽油按照体积比为1∶9的比例混合,连同纯汽油组成M10、E10、B10、F10、G1005种燃料,在一辆缸内直喷(GDI)乘用车上研究不同燃料对整车性能的影响。试验结果表明,在新欧洲... 将甲醇、乙醇、正丁醇和2,5-二甲基呋喃(DMF)分别与市售编号为92号汽油按照体积比为1∶9的比例混合,连同纯汽油组成M10、E10、B10、F10、G1005种燃料,在一辆缸内直喷(GDI)乘用车上研究不同燃料对整车性能的影响。试验结果表明,在新欧洲驾驶循环(NEDC)下,丁醇混合燃料的百公里体积油耗和去除热值影响的当量油耗均是被测5种燃料中最低的,其余3种含氧燃料掺混后的百公里体积油耗和当量油耗均高于纯汽油燃料;除M10的CO排放比汽油低外,含氧汽油的CO和THC排放均高于汽油;掺混3种醇类燃料均能够降低NO x排放,F10的NO x排放与纯汽油相当;4种含氧汽油大幅降低了颗粒物质量和数量排放。向汽油中添加含氧燃料能够降低汽车在中高车速稳定运行时的油耗和排放,但添加含氧燃料后的汽油比纯汽油更加不适应低车速和起动工况。在动力性方面,4种含氧汽油均缩短了汽车的加速时间。 展开更多
关键词 含氧燃料 有害排放物 燃油消耗 汽车性能
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不同环境氧浓度下聚甲氧基二甲醚(PODE)喷雾燃烧的羟基光谱分布及其反演重构研究 被引量：1
8
作者 张晓腾 刘威 +5 位作者 刘海峰 郑尊清 明镇洋 崔雁清 文铭升 尧命发 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期2587-2594,共8页
聚甲氧基二甲醚(PODE)是一种有潜力的柴油替代燃料,目前针对PODE的研究更多集中在发动机台架试验,相应的基础喷雾燃烧研究较少,制约了其在动力装置中高效清洁燃烧性能的提升。羟基(OH)性质活泼,大量存在的区域通常认为是高温反应区域。... 聚甲氧基二甲醚(PODE)是一种有潜力的柴油替代燃料,目前针对PODE的研究更多集中在发动机台架试验,相应的基础喷雾燃烧研究较少,制约了其在动力装置中高效清洁燃烧性能的提升。羟基(OH)性质活泼,大量存在的区域通常认为是高温反应区域。利用羟基光谱可以获得火焰结构、燃烧反应位置以及热释放速率等重要参数。环境氧浓度对火焰结构有很大影响,也是控制燃烧反应速率和污染物排放的重要参数。因此,在一台光学定容燃烧弹上,首先利用羟基的自发光光谱测量,研究了宽环境氧浓度变化(15%~80%)对PODE喷雾火焰浮起长度的影响,进一步利用阿贝尔逆变换方法将羟基自发光光谱强度由积分值反演为点位值,研究了富氧条件下(40%~80%)氧浓度变化对PODE喷雾羟基分布的影响。研究结果表明:环境氧浓度由15%增至40%,PODE火焰浮起长度迅速缩短;氧浓度进一步增加至80%,火焰浮起长度下降趋势逐渐变缓,直至基本不变;相同氧气浓度下PODE火焰浮起长度明显小于柴油。反演后的羟基光谱分布特征表面,富氧条件下PODE羟基光谱的高光强区域主要集中于喷雾边缘扩散火焰薄层中,同时,局部温度的显著提升使得羟基光谱强度在预混反应区下游附近达到最大;羟基光谱高光强区域随氧气浓度增加逐渐向火焰中上游区域迁移,并且其分布表现为轴向上更短,径向上更窄;在火焰达到准稳态时,相较40%氧气浓度条件,60%和80%氧气浓度下的羟基光谱强度在火焰中下游明显减弱,表明高的环境氧浓度下喷雾上游的燃油高浓度区域更快的参与到剧烈的燃烧反应中。 展开更多
关键词 聚甲氧基二甲醚(PODE) 定容燃烧弹 氧气浓度 羟基自发光光谱 阿贝尔逆变换
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燃料敏感性对内燃机部分预混燃烧(PPC)光谱特性的影响研究
9
作者 刘海峰 明镇洋 +3 位作者 文铭升 崔雁清 刘威 尧命发 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期2999-3006,共8页
在一台光学发动机上,利用火焰高速成像技术和自发光光谱分析法,研究了燃料敏感性(S)为0和6时对发动机缸内火焰发展和燃烧发光光谱的影响。试验过程中,通过改变喷油时刻(SOI=-25,-15和-5°CA ATDC)使燃烧模式从部分预混燃烧过渡到传... 在一台光学发动机上,利用火焰高速成像技术和自发光光谱分析法,研究了燃料敏感性(S)为0和6时对发动机缸内火焰发展和燃烧发光光谱的影响。试验过程中,通过改变喷油时刻(SOI=-25,-15和-5°CA ATDC)使燃烧模式从部分预混燃烧过渡到传统柴油燃烧模式。通过使用正庚烷、异辛烷、乙醇混合燃料来改变燃料敏感性。结果表明,在PPC模式下(-25°CA ATDC),火焰发展过程是从近壁面区域开始着火,而后向燃烧室中心发展,即存在类似火焰传播过程,同时在燃烧室下部未燃区域也形成新的着火自燃点。敏感性对燃烧相位影响较大,对缸内燃烧火焰发展历程影响较小;高敏感性燃料OH和CH带状光谱出现的时刻推迟,表明高敏感性燃料高温反应过程推迟,且光谱强度更低,表明碳烟辐射强度减弱。在PPC到CDC之间的过渡区域(-15°CA ATDC),燃烧火焰发光更亮,燃烧反应速率比-25°CA ATDC时刻的反应速率更快。高、低敏感性燃料对缸压放热率的影响规律与-25°CA ATDC相近,此时的燃烧反应更剧烈,放热率更高,碳烟出现时刻更早。该喷油时刻下的光谱强度高于PPC模式下的光谱强度,说明此时的CO氧化反应与碳烟辐射更强。在CDC模式下(-5°CA ATDC),由于使用的燃料活性较低,燃烧放热时刻过于推迟,放热量很小,缸内燃烧压力低,因此燃料敏感性对缸压和放热率的影响不明显,但从燃烧着火图像中可以看到高敏感性燃料的火焰出现时刻较低敏感性燃料推迟。低敏感性燃料的燃烧初期蓝色火焰首先出现在燃烧室中心,着火火焰出现时刻更早,之后蓝色火焰从中心向周围扩散,呈现火焰传播为主导的燃烧过程;燃烧后期,局部混合气过浓区导致亮黄色火焰面积逐渐增大并向周围扩散。高敏感性燃料的火焰发展趋势与低敏感性燃料类似,黄色火焰的亮度与面积更小。尽管高、低敏感性燃料的OH和CH带状光谱的出� 展开更多
关键词 光学发动机 部分预混燃烧(PPC) 燃料敏感性 自发光光谱 火焰发展
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