液體燃料激光誘導火花點火機理研究.pdf

1、內(nèi)燃機行業(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)燃機發(fā)展的主題。稀薄燃燒技術有助于改善汽油機的燃油經(jīng)濟性與排放特性，高能點火是實現(xiàn)稀薄燃燒的關鍵技術，但使得現(xiàn)有點火系統(tǒng)可靠性降低。激光誘導火花點火能夠精確控制點火時間和點火位置，可以減少點火時的傳熱損失、增大稀燃界限，并具有多點點火的潛力，可加快稀混合氣的燃燒速率。因此，激光點火日益受到人們的關注，激光點火系統(tǒng)有望取代現(xiàn)有的內(nèi)燃機點火系統(tǒng)，成為新的點火裝置。本文

2、搭建了激光誘導火花點火試驗平臺及中心電極電火花點火試驗平臺，研究了汽油-空氣混合氣激光誘導火花點火特性，包括點火能量、激光點火過程及壓力變規(guī)律，并與中心電極電火花點火進行了對比。
　　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)等組成了激光誘導火花點火試驗平臺。在此基礎上，將容彈左右兩側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的電壓、電流傳感器即可進行中心電極電火花點火試驗。
　　第二，

3、進行了汽油-空氣混合氣激光點火能量的研究。著火概率隨著激光入射能量的上升而上升，在當量比0.8～1.6內(nèi)著火概率可達到100％。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算得到兩種波長條件下所需的激光強度（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度（數(shù)量級1014W/cm2），證明了激光誘導火花點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)。最小激光點火能量隨當量比呈“U”字形分布，532nm和1064nm波長條件下，最

4、小點火能量都在當量比1處達到最小值，分別為13.5和9.5mJ;當量比偏離1，則導致最小點火能量增加。
　　第三，利用紋影系統(tǒng)及高速攝像機研究了激光點火過程。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)在化學反應階段前，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量先上升后下降，并都在當量比1.6處達到最大值。
　　第五，中心電極電火花點火能量和激光誘導火花點火能量對比研究。最小電火花點火能量也隨當量比呈“U”型分布，最小點火能量在當量比1.6處達到最小值3.76mJ;最小電火花點火能量值小于最小激光點火能量值。激光點火在當量比0.6處的最大點火概率5