液體燃料激光誘導(dǎo)火花點(diǎn)火機(jī)理研究.pdf

1、內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的發(fā)展受到了能源短缺和環(huán)境惡化的雙重困擾，節(jié)能與環(huán)保成為了現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的主題。稀薄燃燒技術(shù)有助于改善汽油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性與排放特性，高能點(diǎn)火是實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒的關(guān)鍵技術(shù)，但使得現(xiàn)有點(diǎn)火系統(tǒng)可靠性降低。激光誘導(dǎo)火花點(diǎn)火能夠精確控制點(diǎn)火時間和點(diǎn)火位置，可以減少點(diǎn)火時的傳熱損失、增大稀燃界限，并具有多點(diǎn)點(diǎn)火的潛力，可加快稀混合氣的燃燒速率。因此，激光點(diǎn)火日益受到人們的關(guān)注，激光點(diǎn)火系統(tǒng)有望取代現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)，成為新的點(diǎn)火裝置。本文

2、搭建了激光誘導(dǎo)火花點(diǎn)火試驗(yàn)平臺及中心電極電火花點(diǎn)火試驗(yàn)平臺，研究了汽油-空氣混合氣激光誘導(dǎo)火花點(diǎn)火特性，包括點(diǎn)火能量、激光點(diǎn)火過程及壓力變規(guī)律，并與中心電極電火花點(diǎn)火進(jìn)行了對比。
　　第一，利用激光系統(tǒng)，多視窗容彈，紋影成像系統(tǒng)、同步系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成了激光誘導(dǎo)火花點(diǎn)火試驗(yàn)平臺。在此基礎(chǔ)上，將容彈左右兩側(cè)的石英玻璃換成金屬圓盤，在圓盤上安裝中心電極并配上相應(yīng)的電壓、電流傳感器即可進(jìn)行中心電極電火花點(diǎn)火試驗(yàn)。
　　第二，

3、進(jìn)行了汽油-空氣混合氣激光點(diǎn)火能量的研究。著火概率隨著激光入射能量的上升而上升，在當(dāng)量比0.8～1.6內(nèi)著火概率可達(dá)到100％。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到兩種波長條件下所需的激光強(qiáng)度（數(shù)量級1012W/cm2）均低于多光子電離產(chǎn)生初始電子所需激光強(qiáng)度（數(shù)量級1014W/cm2），證明了激光誘導(dǎo)火花點(diǎn)火中的初始種子電子不是多光子電離產(chǎn)生的，而是來自于混合氣中的雜質(zhì)。最小激光點(diǎn)火能量隨當(dāng)量比呈“U”字形分布，532nm和1064nm波長條件下，最

4、小點(diǎn)火能量都在當(dāng)量比1處達(dá)到最小值，分別為13.5和9.5mJ;當(dāng)量比偏離1，則導(dǎo)致最小點(diǎn)火能量增加。
　　第三，利用紋影系統(tǒng)及高速攝像機(jī)研究了激光點(diǎn)火過程。等離子體吸收的激光能量沿激光傳播方向呈指數(shù)衰減使等離子體呈橢球狀，隨后在稀疏波的作用下等離子體長軸發(fā)生正交變換。等離子體前后兩端形成了流速與形狀各不相同的渦流，由此產(chǎn)生了沿激光方向并指向激光源的氣體流動，隨后便出現(xiàn)了第三瓣。紋影圖像顯示盡管第三瓣出現(xiàn)在化學(xué)反應(yīng)階段前，但其對火

5、核的形成與發(fā)展有著重要影響。
　　第四，研究了激光點(diǎn)火時容彈內(nèi)的壓力變化規(guī)律。532和1064nm波長下的壓力峰值和壓力升高率都隨著當(dāng)量先上升后下降，并都在當(dāng)量比1.6處達(dá)到最大值。
　　第五，中心電極電火花點(diǎn)火能量和激光誘導(dǎo)火花點(diǎn)火能量對比研究。最小電火花點(diǎn)火能量也隨當(dāng)量比呈“U”型分布，最小點(diǎn)火能量在當(dāng)量比1.6處達(dá)到最小值3.76mJ;最小電火花點(diǎn)火能量值小于最小激光點(diǎn)火能量值。激光點(diǎn)火在當(dāng)量比0.6處的最大點(diǎn)火概率5