火焰舉升距介紹

火焰舉升距摘要：燃料在最初的預(yù)混著火后，擴(kuò)散火焰并非直接發(fā)生于噴孔處而是脫離噴嘴一段距離，這段距離稱火焰舉升距(Flamelift-offlength)?；鹧媾e升距會通過影響油氣混合進(jìn)而對碳煙的形成過程造成重要影響?；鹧媾e升距的影響因素有孔徑、環(huán)境溫度和環(huán)境氧濃度。研究證實(shí)火焰舉升距是影響直噴式柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒和Soot生成的重要參數(shù)。由于火焰舉升距內(nèi)的空氣卷吸量直接影響下游濃混合區(qū)的空燃比，而這一濃混合區(qū)域也是化學(xué)反應(yīng)最快速的區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生大量的熱、高溫反應(yīng)氣以及未燃燒完全的燃油作為下一步燃燒反應(yīng)的條件會決定Soot的生成量。提高火焰舉升距內(nèi)的空氣卷吸量將對發(fā)動機(jī)的Soot排放產(chǎn)生決定性的影響。因此研究柴油機(jī)的各種參數(shù)對火焰舉升距的影響將有助于去控制柴油機(jī)。一、火焰舉升距直噴式柴油機(jī)的燃燒包括預(yù)混和燃燒和擴(kuò)散燃燒兩個階段。燃料在最初的預(yù)混著火后，擴(kuò)散火焰并非直接發(fā)生于噴孔處而是脫離噴嘴一段距離，這段距離稱火焰舉升距(Flamelift-offlength)，見圖1?；鹧媾e升距會通過影響油氣混合進(jìn)而對碳煙的形成過程造成重要影響。開展柴油機(jī)火焰舉升距的研究將有助于更加深入了解柴油機(jī)的燃燒過程。圖1火焰舉升距與火焰舉升距相似的一個概念是純液相長度，也就是燃油從噴孔噴出一直到混合氣濃區(qū)終點(diǎn)的距離，這一段距離內(nèi)以液態(tài)的燃油作為主要特征。但是決定燃油在開始燃燒前所卷吸及混合的空氣量的參數(shù)不是純液相長度而是火焰舉升距。因此就Soot生成來說，火焰舉升距是更為重要的參數(shù)。圖2顯示的是JohnE.Dec提出并經(jīng)過驗(yàn)證的柴油機(jī)自由擴(kuò)散火焰的概念模型。其較好地說明了火焰舉升距、純液相長度與空燃混合氣、火焰表面以及Soot形成之間的關(guān)系。從圖2中可以看出燃油自噴孔噴出后燃油開始霧化蒸發(fā)并卷吸空氣，直到到達(dá)火焰舉升距的下游位置。而在火焰舉升距內(nèi)卷吸的空氣量的多少則直接影響了下游濃混合區(qū)的空燃比，從而影響Soot的生成。Charge-GasSootConcentrationLiquidFuel| |Vgpor-Fuoi/AirMixture匿―」InitialSootFormation——-Fuel-RichPremixedFlame-hermalNOProductionZoneDiitfusionFlame IISoolOxidationZone圖2JohnE.Dec柴油機(jī)自由擴(kuò)散火焰的概念模型二、影響火焰舉升距的因素影響火焰舉升距的因素有孔徑、環(huán)境溫度和環(huán)境氧濃度。（1） 孔徑影響噴孔直徑是影響柴油機(jī)燃燒過程及排放的一個極其重要的參數(shù)， LyleM.Pickett和DennisL.Siebers在定容彈內(nèi)的實(shí)驗(yàn)研究表明：使用小孔徑的噴孔（50〃m），在適當(dāng)?shù)臏囟认?，甚至可以不產(chǎn)生碳煙。所以研究孔徑對火焰舉升距及Soot排放影響是非常必要的。隨著噴孔直徑的增大，火焰舉升距呈現(xiàn)增大趨勢，但變化不是特別突出。（2） 環(huán)境溫度對火焰舉升距的影響環(huán)境溫度是影響火焰舉升距的一個重要參數(shù)［39-43］，隨著環(huán)境溫度的升高，燃油在空氣中的化學(xué)滯燃期與物理滯燃期都相應(yīng)縮短，火焰舉升距會因此而減小。Takayuki等人在實(shí)驗(yàn)中也證實(shí)了這一點(diǎn)。保持缸內(nèi)壓力不變的情況下，火焰舉升距受缸內(nèi)氣體密度和溫度的影響很大，火焰舉升距隨著進(jìn)氣溫度的增加呈先增大后減少的趨勢，而進(jìn)氣密度隨進(jìn)氣溫度升高而減少。保持缸內(nèi)密度不變的情況下，缸內(nèi)溫度與壓力變化成正比，初始環(huán)境溫度的增加，從而促進(jìn)了燃油的霧化和蒸發(fā)，同時燃油在空氣中的化學(xué)滯燃期與物理滯燃期都相應(yīng)縮短，因此火焰舉升距均隨著初始進(jìn)氣溫度的升高而縮短。（3）環(huán)境氧濃度對火焰舉升距的影響現(xiàn)代重型柴油機(jī)普遍使用廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)，因此并非所有工況下氧濃度都和空氣中一樣。使用EGR后，環(huán)境氣體中氧氣濃度降低，氧化反應(yīng)減速，一方面可以延長滯燃期，給予噴霧更多的時間進(jìn)行著火前的混合準(zhǔn)備;另一方面，由于環(huán)境氣體中氧濃度的下降，導(dǎo)致相同體積內(nèi)氧氣量減少，相同卷吸情況下，氣相噴霧當(dāng)量比相對增大，又需要更長的時間進(jìn)行充分混合。因此，EGR對噴霧濃度場的影響是很復(fù)雜的，可能會有利于促進(jìn)噴霧均質(zhì)、稀薄，增加著火、燃燒過程中當(dāng)量比小于2的氣相燃油質(zhì)量比例，也可能會起到相反作用。因此找出氧濃度對于油束火焰舉升距的影響是具有很強(qiáng)的實(shí)踐意義。隨著氧濃度的降低，火焰舉升距增加，燃燒過程的不集中，大量燃油不完全燃燒，導(dǎo)致Soot的生成。同時將導(dǎo)致缸內(nèi)溫度的降低，利于降低NOx的生成量。近期，也有學(xué)者利用激光點(diǎn)火研究了火焰舉升距，發(fā)現(xiàn)利用激光點(diǎn)火可以使火焰舉升距減小，維持火焰靠近點(diǎn)火位置一段時間，但是最終又會回到本身的火焰舉升距位置?；氐奖旧淼幕鹧媾e升距位置時間與激光點(diǎn)火點(diǎn)和本身火焰舉升距有關(guān)。三、火焰舉升距研究意義越來越多的研究證實(shí)，火焰舉升距是影響直噴式柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒和Soot生成的重要參數(shù)。由于火焰舉升距內(nèi)的空氣卷吸量直接影響下游濃混合區(qū)的空燃比，而這一濃混合區(qū)域也是化學(xué)反應(yīng)最快速的區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生大量的熱、