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测试技术
国外内燃
机
发动机仿真试验及燃烧分析测试技术
2013年第3期
口古谷博秀高橘荣一
本尚史
染失聆
【日】满田正彦
延谷差晴
松围竟和
川西秀樹
摘要：利用大涡流模拟满流仿真计算方法，分析了设有副燃烧室的快速压综膨账装置燃烧室中的火始传播过程，并通过可视化方法，利用羟基自发光对其结果进行了对比分析。同时，介绍了利用激光诱导击穿光谱测量当量比的方法，以及利用荧光测温技术测量燃烧室壁面温度的方法。
量燃烧分析大涡流模拟激光诱导击穿光谱荧光测温法
关键词：燃烧模型发动机测量
0前言
在车用发动机高功率、低燃油耗和低排放的发展趋势下，发动机燃烧室内的气动热环境变得更加复杂。在材料及零部件的耐久性试验中，以往实施的主要是以温度为参数的热循环试验，而尽可能真实模拟温度、压力、热通量、气体环境等实际发动机内气动热环境的耐久性试验还很少。为使耐久性试验的气动热环境与实际情况更为接近，研究人员在数值计算的基础上进行分析研究"，同时利用快速压缩膨胀装置进行试验研究[2]。
利用快速压缩膨胀装置，使被隔热并压缩的甲烷-空气预混合气在副燃烧室中着火，并将燃烧的高温高压气体引人主燃烧室，以此时发生的燃烧为对象，实施大涡流模拟满流分析，此外，还利用激光诱导击穿光谱进行局部的当量比测量，同时，利用荧光测温技术进行燃烧室壁面温度的测量。本文介绍了上述各项可用于燃烧诊断的技术。
快速压缩膨胀装置 1
图1是快速压缩膨胀装置示意图。该装置设有可视化燃烧器（副燃烧室容积9.6mL，上止点主燃
控制信号
分光镜
1/2波片
镜子
透镜
UONd-YAG 激光偏光镜
L激光功率检测器
压力传感器
活塞杆
电荷大器蓄电池愚天幕
您移计
燃烧室
国 V
电
温度控制器
图1快速压缩影胀装置示意图
万方数据
烧室容积212.7mL，缸径100mm，压缩高度27 mm)，主燃烧室和副燃烧室中均装有Kistler QH33D压力传感器。
利用击穿法，使Nd-YAG激光在副燃烧室内聚焦，以引导甲烷-空气预混合气着火。在燃烧火焰的羟基自发光可视化装置中，应用脉冲发生器控制激光照射时间，同时还组合了光学干涉滤波器（中心波长330nm，半值宽度80nm）、图像放大器（浜松光电公司，C6654MOD，C4412MOD)和高速CCD照相机（岛津制作所，HPV-1)。
典型试验条件列于表1。主燃烧室内充填当量比为0.6的甲烷-空气预混合气，副燃烧室内充填当量比为1.25的甲烷-空气预混合气。为使温度和压力条件与实机相同，设初始温度为400K，初始压力的范围为0.1013～0.5523MPa。压缩速度相当于 1200r/min，行程为120mm，压缩比为5.22，活塞压缩开始35.3ms后到达上止点，35.75ms后着火。
典型的快速压缩膨胀装置运行条件
表1
项目
初始压力/MPa 初始温度/K
压缩比当量比
案例1 0.552 3 400 5. 22 0. 60
大涡流模拟瑞流分析 2.1分析模型
操等
案例2 0. 121 3 400 5, 22 0.60
基础方程式采用连续的不可压缩方程Navier Stokes，分析采用一种大涡流模拟流模型。并且，采用2-scalarflamelet燃烧模型[3]，可适应扩散燃烧和预混合燃烧模式，分别利用混合分数和G因子定义温度和密度。数值分析编码应用基于有限体积法的非结构网格流体分析编码FrontFlow/red)。