BUMP燃烧室"内混合气形成及缸内气流运动的研究

为了实现内燃机的高效、清洁燃烧，国内外学者都把内燃机的新概念燃烧作为研究重点，尤其是HCCI燃烧模式以其低NOx、PM排放，高热效率的突出优点成为当前研究的热点。但HCCI燃烧存在运转范围窄、着火时间和放热率不好控制等缺点，具体实施上还有许多困难。BUMP燃烧室是直喷式柴油机实现HCCI燃烧新概念的复合燃烧技术的关键。本文主要研究BUMP的机理，揭示BUMP在稀扩散燃烧混合气形成中的作用，探索柴油撞壁射流的主要影响因素，为改进BUMP燃烧室设计提供依据。 作者用试验和多维数值模拟相结合的方法对柴油喷雾撞壁混合过程进行了研究。首先在自行研制的、可以模拟现代柴油机典型工作环境及高压燃油喷射特性的定容燃烧喷雾模拟装置上用片状激光诱导荧光法（PLIF）对平壁上、ω燃烧室内不设置和设置BUMP的柴油喷雾撞壁混合过程进行了试验研究，然后又用CFD多维数值分析软件对其进行了模拟计算。模拟计算结果和试验结果吻合得较好。发现BUMP高度及二次撞壁距离对撞壁油束形成二次空间射流、减少壁面燃油堆积以及形成稀混合气有重要作用，且发现BUMP的高度和二次撞壁距离分别为1.0～1.5mm和0～2.0mm比较合适。而且当压力或密度较高时，由于喷雾的空气卷吸量及动量损失增大，贯穿速度降低及贯穿距减小，为使BUMP发挥作用，应适当减小二次撞壁距离。 试验和模拟计算结果均表明：在燃烧室壁面上设置适当的BUMP，撞壁射流在遇到BUMP后会剥离燃烧室壁面，形成二次空间射流，极大地扩大撞壁射流与空气的空间混合体积，出现与周围空气迅速混合的“闪混”现象。而且发现不同的BUMP对混合气形成过程的影响不同，必须对BUMP的形状、高度、二次撞壁距离及入射角进行优化和合理匹配，才能充分发挥BUMP的潜力。 用多维数值分析软件研究了实验柴油机典型工况下BUMP燃烧室对缸内气体流动、燃油浓度分布、速度场、压力场等的影响规律，发现了BUMP附近及BUMP燃烧室内促进稀混合气形成的“双涡”和“三涡”结构、以及柴油机形成稀混合气、辅以其它措施以至实现HCCI燃烧的一条有效途径。