微型自由活塞動(dòng)力裝置燃燒過(guò)程及動(dòng)力特性研究.pdf

1、在微機(jī)電加工技術(shù)迅速發(fā)展下，體積在微米量級(jí)、輸出功率在1-100W范圍內(nèi)并以碳?xì)浠衔餅槿剂系奈?dòng)力機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。無(wú)論是應(yīng)用于軍用無(wú)人微小型飛機(jī)還是作為便攜式移動(dòng)電源，微型機(jī)電系統(tǒng)相比于常規(guī)電池，顯示出了其獨(dú)特的功能優(yōu)勢(shì)。作為微動(dòng)力機(jī)電系統(tǒng)的核心部件，微型動(dòng)力裝置實(shí)現(xiàn)微燃燒室內(nèi)混合氣的穩(wěn)定燃燒過(guò)程對(duì)于微動(dòng)力機(jī)電系統(tǒng)的動(dòng)力輸出性能具有重要的影響。微型HCCI自由活塞動(dòng)力裝置因其采用HCCI燃燒方式克服了微尺度條件下火焰淬熄難題，并且利

2、用自由活塞的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)解決了HCCI著火過(guò)程難以控制的難題。因此針對(duì)微型自由活塞動(dòng)力裝置的研究將對(duì)微動(dòng)力機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展有重要意義。
　　本文搭建了微型自由活塞動(dòng)力裝置可視化試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)微燃燒室內(nèi)的燃燒過(guò)程進(jìn)行了變參數(shù)研究，采用微型壓力傳感器進(jìn)行燃燒壓力測(cè)量。分析了微燃燒過(guò)程中二甲醚/氧氣混合氣的燃燒特性，以及不同工況條件對(duì)微燃燒室內(nèi)壓力、做功能力的影響。發(fā)現(xiàn)二甲醚/氧氣混合氣體在微HCCI燃燒過(guò)程中表現(xiàn)出兩階段著火特性，隨著自由活塞初

3、速度的增加，微燃燒室內(nèi)峰值壓力不斷增加，壓力升高率峰值不斷增大，平均指示壓力增大，指示熱效率提高。當(dāng)微燃燒室直徑為3mm，體積為0.26cm3，自由活塞初速度為22.5m/s，平均指示壓力為1.69MPa時(shí)，微動(dòng)力裝置可產(chǎn)生70W功率，功率密度為269MW/m3，相比其他為燃燒動(dòng)力裝置，具有較大功率密度優(yōu)勢(shì)。
　　本文建立了微型HCCI自由活塞動(dòng)力裝置工作過(guò)程動(dòng)網(wǎng)格模型，通過(guò)計(jì)算燃燒過(guò)程放熱率曲線來(lái)分析微動(dòng)力裝置HCCI燃燒過(guò)程特

4、性。并對(duì)二甲醚與甲烷燃料的燃燒特性進(jìn)行對(duì)比分析。在當(dāng)量比為化學(xué)計(jì)量比時(shí)，二甲醚燃料的燃燒效率最高。在當(dāng)量比為2時(shí)，二甲醚放熱過(guò)程具有三階段放熱的特性。相同條件下，二甲醚燃料的著火時(shí)刻比甲烷燃料的著火時(shí)刻提前，且二甲醚燃料的燃燒持續(xù)期比甲烷燃料的燃燒持續(xù)期長(zhǎng)。通過(guò)對(duì)比不同當(dāng)量比及初始溫度條件下兩種燃料的動(dòng)力輸出特性，得出二甲醚燃料的動(dòng)力輸出性能比甲烷的動(dòng)力輸出性能好，兩種燃料均在當(dāng)量比為1.2時(shí)，動(dòng)力輸出最大?；谂R界著火條件分析了微自由