低热值燃气内燃机超绝热均质压缩燃烧模式研究

针对低热值混合组分燃气在内燃机上应用存在的不易着火、燃烧稳定性差等问题，本项目提出一种超绝热燃烧的方式，即利用多孔介质的超强蓄热能力，将燃烧反应产生的热量反馈到上游的未燃燃气中提高反应物的温度，拓展贫燃极限，实现稳定的均质压缩燃烧（HCCI）与超低排放。其特色还在于多孔介质燃烧室分缸盖底端中心和活塞顶端中心两部分布置，使得混合气集中在多孔介质燃烧室中燃烧。本项目研究内容包括：对设计工作循环进行经典热力学和有限时间热力学方法分析；采用零维单区模型加入Woschni传热模型、多孔介质换热模型和燃烧放热率模型对多孔介质特性和燃气组分对燃烧过程影响进行研究；准维双区模型模拟多孔介质燃烧室结构参数、压缩比、过量空气系数对热效率和排放水平的影响。该研究对低热值混合组分燃气在内燃机上的高效利用以及有害排放控制具有重要意义。

本课题提出利用多孔介质燃烧室来实现低热值燃气在内燃机上的超绝热燃烧，并对其均质压缩燃烧模式进行探索性基础研究。围绕闭式和开式多孔介质发动机两种设计实现方案，展开多孔介质内燃机经典热力学和有限时间热力学循环分析、多孔介质内燃机零维和准维数值模拟、低热值多组分燃气物性计算推导、多孔介质燃烧室内燃气火焰特性模拟以及多孔介质换热模型和均质压燃模式下缸壁传热模型建立等的研究。通过引入多孔介质特定参数，分析得到了其对内燃机热效率、循环功等的影响规律，和压缩比、过量空气系数等参数对多孔介质内燃机着火时刻、性能的影响，以及多孔介质结构参数对燃气火焰传播过程的影响趋势等。基于研究结果发表了多篇学术论文，申请了发明专利，并培养多名研究生毕业。该研究对低热值混合组分燃气在内燃机上的高效利用以及有害排放控制具有重要参考价值。