二甲醚着火滞燃期光电检测与数值模拟研究

摘要

二甲醚(DME)是一种极具发展前景的石油替代燃料。本文以DME 在直喷式柴油机上的着火滞燃期为研究对象，通过开展数值模拟与试验研究，探讨了柴油机燃用DME 时，其着火滞燃期随运行工况而变化的规律。 在广泛阅读国内外文献的基础上，首先就DME 的理化特性及其在内燃机上的应用、DME 着火滞燃期的模拟计算与试验研究方法，以及光纤传感器在发动机燃烧可视化研究中的应用进行了综合评述。 利用光导纤维的全内反射传光原理，自行研制了一套适用于ZS195 单缸直喷式柴油机的光纤燃烧传感器。该传感器由采光探头、传光光纤、固定套筒和光电倍增管等组成，传出的火焰光信号由数字存贮示波器进行数据存储、记录和显示。发动机台架试验表明，利用该传感器，可以较准确地对缸内着火瞬间的火焰光信号进行测量，从而为发动机缸内燃烧过程的观测研究提供了有效的实验手段。 利用自行研制的光纤燃烧传感器，对ZS195 直喷式柴油机燃用DME 的着火燃烧过程进行了光电检测，通过测取的光电信号与油管压力波信号的综合分析，得到了不同运转工况下的着火滞燃期。试验结果对比表明，发动机空载时的滞燃期试验结果与国外文献报道的结果吻合较好。 进一步探讨了DME 着火滞燃期的预测计算方法，采用气相射流程序和CHEMKIN4.0 大型软件包，分别就DME 着火过程中的物理滞燃期和化学滞燃期进行了计算，进而得到了二甲醚(DME)在直喷式柴油机中的着火滞燃期。在发动机空载工况，计算值与试验结果在高转速工况下吻合较好，但在低转速时尚存在一定偏差； 发动机按负荷特性运行时，计算值与试验结果较为吻合。数值模拟与试验结果对比表明，本文提出的滞燃期计算方法正确、可行，具有一定的工程应用价值。