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内燃机工程 2017年第2期38卷 30-35页

作者：刘秦飞蒋利桥杨卫斌苏航赵黛青中国科学院广州能源研究所广州510640 中国科学院大学北京100049

为了试验研究微摆发动机燃烧室内的间歇着火和火焰传播特性,设计了一套电机驱动倒拖运行的两冲程微型摆动式发动机单缸燃烧可视化试验系统,倒拖运动摆臂模拟了真实发动机自由摆臂的运动特性,并建立了对应摆臂位置的电火花正时点火系统... 详细信息

为了试验研究微摆发动机燃烧室内的间歇着火和火焰传播特性,设计了一套电机驱动倒拖运行的两冲程微型摆动式发动机单缸燃烧可视化试验系统,倒拖运动摆臂模拟了真实发动机自由摆臂的运动特性,并建立了对应摆臂位置的电火花正时点火系统。在微摆发动机单缸内实现了正丁烷/空气的稳定间歇着火,用高速相机拍摄火焰传播图像,并用Matlab程序分析图像中火焰面积变化特征。考察了摆臂频率f和预混气流量Q对着火和火焰传播的影响。研究结果表明:随预混气流量的增加,火焰传播越快;单次扫气量Q/f不变,随摆臂频率的增加,火焰传播变快。

关键词：内燃机微型摆动式发动机微尺度燃烧倒拖机构电火花点火火焰传播

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微型摆动式发动机传热规律的数值研究

微型摆动式发动机传热规律的数值研究

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作者：洪楠南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着科学技术的发展,便携化已经成为电子设备和机械装置的发展趋势,亟需一种持久续航和高能量密度的能源供给系统。由于碳氢燃料的高能量密度,以及内燃机较高的能量转化效率,内燃机微型化成为微型能源动力系统研究一个重要方向。在内燃... 详细信息

随着科学技术的发展,便携化已经成为电子设备和机械装置的发展趋势,亟需一种持久续航和高能量密度的能源供给系统。由于碳氢燃料的高能量密度,以及内燃机较高的能量转化效率,内燃机微型化成为微型能源动力系统研究一个重要方向。在内燃机工作中传热直接影响其工作性能,传热研究也是内燃机设计的重要参考。内燃机微型化后,尺寸的减小,比表面积的增大,换热被加强,微型内燃机传热规律的研究更加必要。本文以微型摆动式发动机为研究对象,借助数值仿真方法对微型摆动式发动机工作中的传热规律进行研究。论文的主要工作包括:(1)根据微型摆动式发动机结构和工作过程建立了数值计算模型,包括微型摆动式发动机工质工作过程多维仿真计算模型,机体温度场仿真计算模型,并通过边界耦合的方法实现整机传热仿真计算。(2)微型摆动式发动机机体温度场的稳态计算发现,发动机机体处于高温,摆臂温度高于缸体温度,机体外表面温度均匀分布;机体温度场的瞬态计算发现,稳定运转状态下,燃气温度波动对机体的影响仅限于燃烧室壁面表层中,发动机其他部位的温度不随时间变化;耦合计算中机体温度场稳态计算代替瞬态计算,简化了耦合计算过程;整机耦合传热计算结果表明,定工况下,发动机运转频率越高,机体温度越高。(3)缸内绝热循环下,对工质工作过程的多维仿真计算发现,燃烧时间是工质循环的重要影响因素。(4)求解了两种不同工况下工质循环过程。计算结果表明,定工况稳定运转中,燃气与壁面的传热对工质燃烧过程有促进作用,缩短了燃烧时间,改善了工质的工作循环。冷启动工况下,缸内传热会对循环非常不利;发动机整机运转中,运转频率越高,传热对工质工作循环的影响效果越明显。稳定运转下,对整机进行了热平衡分析,发现进入发动机的热量80%以上以机体表面散热和尾气排出两种方式损失掉。

关键词：微型摆动式发动机传热耦合计算工作过程热平衡

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微型摆式发动机内丙烷/空气单次燃烧实验研究

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工程热物理学报 2021年第8期42卷 2155-2161页

作者：蒋利桥赵罗光杜宁孔文俊赵黛青中国科学院广州能源研究所广州510640 中国科学院大学北京100049 中国科学院可再生能源重点实验室广州510640 广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室广州510640 中国科学院工程热物理研究所北京100190

在厘米尺度百瓦级微型摆动式发动机样机上进行了单次燃烧实验,燃用当量比φ=0.9~1.2的丙烷/空气预混合气时,对燃烧室内的火焰传播形态、气体动态压力和摆臂运动进行测量,获得了平均火焰传播速度、燃烧持续时间、燃料质量燃尽率、压力和... 详细信息

在厘米尺度百瓦级微型摆动式发动机样机上进行了单次燃烧实验,燃用当量比φ=0.9~1.2的丙烷/空气预混合气时,对燃烧室内的火焰传播形态、气体动态压力和摆臂运动进行测量,获得了平均火焰传播速度、燃烧持续时间、燃料质量燃尽率、压力和摆臂止点角度随当量比变化的规律特性。结果表明:在进气初始温度300 K、压力0.13 MPa条件下,φ=1.0~1.2工况时,微摆发动机内燃烧为湍流燃烧,燃烧持续时间在5 ms以内,压力峰值高于8个大气压;随当量比增加,燃烧持续时间缩短、平均火焰传播速度加快和压力峰值升高,更接近定容燃烧,有利于提高输出功率。

关键词：微型摆动式发动机火焰传播燃尽率压力特性

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燃烧特征参数对MICSE性能及热力过程的影响

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工程热物理学报 2015年第5期36卷 1125-1129页

作者：周雄孔文俊中国科学院工程热物理研究所中国科学院轻型动力重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100039

本文建立了微型摆式发动机(MICSE)热力循环分析的零维数学模型,研究了点火提前系数k及燃烧持续时间τ_b对MICSE性能及其腔内热力过程的影响。结果表明减少τ_b或增加k,可使热力过程中的温度及压力更快地达到峰值。当k一定时,τ_b越大,... 详细信息

本文建立了微型摆式发动机(MICSE)热力循环分析的零维数学模型,研究了点火提前系数k及燃烧持续时间τ_b对MICSE性能及其腔内热力过程的影响。结果表明减少τ_b或增加k,可使热力过程中的温度及压力更快地达到峰值。当k一定时,τ_b越大,温度峰值越低。对于τ_b较小的燃料,k越大,压力峰值越低.而对于τ_b较大的燃料,k值变化几乎不影响压力峰值的变化。使用τ_b较小的燃料时,k越大,发动机功率和效率越低.而使用τ_b较大的燃料时,k存在最优值,使发动机功率与效率最大。

关键词：微型摆动式发动机点火提前系数燃烧持续时间热力循环分析

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微型摆动式能源动力系统的多维热流固耦合数值研究

微型摆动式能源动力系统的多维热流固耦合数值研究

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作者：张晋南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着科学技术的发展,便携化的机电设备应用广泛,需要更长的续航时间,常规的电池技术已经无法满足相应的要求。由于碳氢燃料的高能量密度,以及内燃机较高的能量转化效率,微型内燃机已经成为一个研究的重要方向,有望成为电池的替代能源。... 详细信息

随着科学技术的发展,便携化的机电设备应用广泛,需要更长的续航时间,常规的电池技术已经无法满足相应的要求。由于碳氢燃料的高能量密度,以及内燃机较高的能量转化效率,微型内燃机已经成为一个研究的重要方向,有望成为电池的替代能源。但是内燃机微型化后,随着尺寸的减小,流动、燃烧和传热的耦合规律复杂,尤其是传热增强,内部传热规律研究还不成熟。所以本文以微型摆动式发动机(MICSE)为研究对象,利用自编程序和商业软件对微型摆动式发动机工作进行多维热流固耦合数值仿真研究。根据MICSE的结构和工作过程,建立了MICSE多维热流固耦合仿真计算模型,得到了工质多维过程和机体的瞬态温度场分布规律。对于机体温度场的数值模拟表明,机体温度场的波动仅限于燃烧室壁面很浅的表层内,使用当量稳态计算代替瞬态计算是可行的。为了研究MICSE传热特性改变对材料的强度和干涉特性的影响,进一步建立了MICSE的热/结构耦合分析仿真模型。发现应该选取热扩散率更大,热膨胀系数更小和强度更高的材料,可以在外部做适当的散热和燃烧室壁面增加热障涂层以降低整体温度,保证MICSE的稳定运转和启动。基于建立的MICSE多维热流固耦合仿真计算模型,进行了多维过程的多尺寸工况的研究。得到了随着尺寸减小MICSE的流动、燃烧和传热耦合规律和内部的传热规律。结果表明系统的比表面积会对MICSE的流动、燃烧和传热过程产生较大影响。进气量受尺寸影响较大,随着尺寸不断减小,进气量会减少,并且由于传热不断增强,使得进气量进一步减少。当比表面积较大时,流动阻力增大,涡流被明显抑制,不利于微型发动机内部燃烧组织;同时,比表面积增大,传热热增强,传热对进气和压缩过程中的工质进行加热,提高了燃烧前的工质温度,加快了燃烧速率,对燃烧是有利的。膨胀做功过程中,内部向外加剧散热却是对功效不利的。由多个尺寸工况的相关数据,运用统计学方法,进行了换热系数经验公式的修正,得到了燃烧室内部壁面与工质之间传热规律,即换热系数随着尺寸的减小不断增大,也随着摆臂的摆速增大而增大,所以也意味着在一定范围内,频率增大,发动机运转越快,换热也是增强的。

关键词：微型摆动式发动机多维热流固耦合机体温度场热/结构耦合传热规律

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