在当今社会能源危机与环境污染之背景下，天然气由于储量丰富、燃烧清洁、热效率高等诸多优点，被视为最有发展前景的发动机替代燃料。在天然气发动机的各种技术手段中，当量燃烧结合 EGR技术由于对原机改动小等优势，被业界认为是满足下一阶段排放法规的主流技术手段。天然气混有 EGR气体后，燃烧速度变得更慢，发动机的热效率更低。然而，可燃混合气的初始温度如果提升，火焰传播速度就会加快。层流燃烧是燃烧基础研究中重要的部分，是研究复杂湍流燃烧的基础。本文基于定容燃烧弹的试验平台，以CO2代替发动机中的EGR废气，试验研究了天然气-空气-CO2混合气体的层流燃烧特性，重点分析了初始温度与稀释率对无拉伸火焰传播速度的等同影响。
首先，分析了初始温度、初始压力、燃空当量比与CO2稀释率对可燃混合气的火焰传播特性参数与燃烧特征参数的影响，得出结论：拉伸火焰传播速度、无拉伸火焰传播速度与层流燃烧速率均随着初始温度的提升而增大，随着初始压力与CO2稀释率的提高而减小，随着当量比的提高而先增大后减小，拉伸火焰传播速度的峰值当量比出现在1.1附近，无拉伸火焰传播速度的峰值当量比出现在1.2或1.3，层流燃烧速率的峰值当量比出现在1.1或1.2附近。马克斯坦长度随着当量比的提高而增大，随着初始温度、初始压力的提升而减小，稀释气体对马克斯坦长度的影响取决于当量比，当φ≥1.2时，马克斯坦长度随着 CO2稀释率的升高而增大，当φ<1.2时，马克斯坦长度随着 CO2稀释率的提高而减小。火焰发展期与燃烧持续期均随着初始压力与CO2稀释率的增大而变长，随着初始温度的提升而变短，随着当量比的增大而先缩短、再变长，最短的火焰发展期与燃烧持续期出现在当量比为1.1或1.2附近。
然后，用等高线图工具分析了初始温度与CO2稀释率对无拉伸火焰传播速度、火焰发展期与燃烧持续期的综合影响，结果表明：从323K～348K、348K～398K到398K～423K这三个温度区间，温度对上述三个参数的影响逐渐减弱。对比了无拉伸火焰传播速度非常接近的两对工况的详细燃烧参数，结果显示：偏差不超过2％的无拉伸火焰传播速度导致了偏差不超过7%的CA10、CA50、CA90与燃烧持续期；燃烧的最高压力、最高温度与NOx排放，均是低温低稀释工况比高温高稀释工况要高。对于348K系列工况与398K系列工况，当将各稀释率错位匹配时（温度高者多2%的稀释），无拉伸火焰传播速度相对偏差不超过?6%；对于323K系列工况与373K系列工况，除2组差异较大外，其余工况的无拉伸火焰传播速度相对偏差不超过?7%。
- 作 者：
- 隋维龙
- 学科专业：
- 动力机械及工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 西华大学
- 导师姓名：
- 彭忆强
- 学位年度：
- 2017
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
