通过提高湍流改善天然气发动机稀薄燃烧的光学研究

摘要

在“碳达峰”和“碳中和”的全球背景下,天然气发动机在节能减排方面显示出巨大优势。然而,天然气发动机在稀薄燃烧条件下运行时,存在燃烧稳定性较差的问题。本文在一台高压缩比的火花点火光学机上探究了提高湍流对天然气稀薄燃烧的影响。设计了可变涡流控制阀(SCV),并结合进气滚流和涡流来调节湍流方向和强度。采用粒子图像测速技术测量缸内湍流情况,并同步进行瞬态压力采集和高速摄影以量化燃烧过程。结果表明,减小SCV闭合角可以显著提高缸内湍流强度。随着湍流强度的增加,火焰传播速度和热效率显著提高,并且指示平均有效压力对火花正时不敏感。分析火焰图像发现,沿火花塞到气缸壁的径向方向上组合式湍流逐步增强,导致火核形成更早和燃烧速率更快。因此,组合式湍流具有降低天然气发动机稀薄燃烧循环变动的潜力。