微型HCCI自由活塞发动机工作过程实验及数值模拟研究

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基于碳氢燃料燃烧的微型动力机电系统具有体积小、寿命长、能量密度高等优点,在当今工业生产中具有极为广阔的应用前景。微型HCCI自由活塞发动机是微燃烧动力中的一种,它不仅可以解决发动机尺寸减小所导致的燃烧室壁面火焰淬熄问题,还可以解决HCCI燃烧面临的控制难题,对微动力机电系统装置的开发具有重要意义。
　　为了验证微尺度下HCCI燃烧方案的可行性,同时为泄漏工况下自由活塞运动特性的研究提供实验依据,本文首先搭建了微型自由活塞单次冲击压缩着火的可视化实验平台,并进行了相关实验研究。接着,结合微型HCCI自由活塞发动机的工作特点,建立了发动机工作过程的多维模型,其中包括传热子模型和泄漏子模型,并进行了模型验证。模型通过FLUENT软件UDF中的6DOF模块实现了活塞运动和缸内压力间的耦合,通过CHEMKIN软件实现了CFD与详细化学反应动力学间的耦合。
　　应用所建模型进行相关数值模拟研究。首先,应用理想模型(不考虑传热和泄漏)对微自由活塞单次冲击压缩着火过程进行变参量研究,分析了混合气着火特性和活塞运动特性的影响因素及影响规律,为微HCCI燃烧过程的控制提供了理论依据;其次,应用传热子模型和泄漏子模型对发动机工作过程进行研究,得到传热对微HCCI自由活塞发动机工作过程影响相对较小,而泄漏对其影响较大的结论;最后,利用泄漏子模型研究了气缸/活塞密封效果的主要影响因素并根据模拟结果提出增强密封效果的相应措施。
　　本文详细研究了微HCCI自由活塞发动机工作过程中的燃烧特性及微发动机动力特性,为该微动力装置的进一步开发提供了实验基础及理论依据。

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作者
杨进华;
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作者单位

江苏大学;

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授予单位江苏大学;
学科工程热物理
授予学位硕士
导师姓名王谦;
年度 2012
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TK441.2;
关键词
微型HCCI自由活塞发动机; 可视化实验; 数值模拟; 工作过程; 运动特性; 密封效果;

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