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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：8
1
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燃料的谱线经过2℃A就呈现出了类似碳烟黑体辐射谱的特征,而DB40燃料先呈现出CO氧化连续谱的特征,经过15℃A才呈现碳烟黑体辐射谱的特征。 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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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
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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带状光谱的出现时间相近,但高敏感性燃料的光谱强度仍更低。综合分析,火焰发展结构与自发光光谱特征主要受喷油时刻的影响,燃料的敏感性主要影响着火时刻和火焰自发光光谱强度,且高敏感性燃料的光谱强度更低。 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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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：2
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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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