柴油在低活性燃料氛围下着火及燃烧特性的可视化探究

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基于燃料活性控制的燃烧模式(RCCI,Reactivity Controlled Compression Ignition)因具有较低的Soot、NOx排放以及可以灵活控制放热率而备受关注。笔者以双燃料定容燃烧弹平台为基础,基于局部二值化模式编写了火焰形貌的提取算法,选取异辛烷作为低活性燃料的代表,探究了异辛烷的当量比、环境温度、氧浓度以及柴油的喷射策略对柴油在异辛烷氛围下着火及燃烧特性的影响,结果如下:
  异辛烷对柴油着火具有抑制作用,表现为平均火焰亮度降低、火焰面积减小、火焰浮起长度增长、滞燃期延长,而且抑制作用随着当量比的增加逐渐增强,一方面是因为异辛烷会消耗自由基池中的OH,另一方面是因为异辛烷的着火特性差;异辛烷在容弹内部存在轴向和径向扩散运动;主喷间隔影响异辛烷在容弹内部的空间分布,给定当量比下存在一个最佳喷射间隔使得在柴油着火时刻容弹中心部位的异辛烷的量最多,对柴油着火的影响也最大;随着温度的升高异辛烷的燃烧速度大幅度增加;低氧浓度降低了整体的反应活性,也降低了异辛烷自燃的概率;在喷油量和喷油压力一定的前提下,累计发光强度(TINL)与滞燃期的关系可以划分为三个区间:速降区、线性区、平缓区;
  异辛烷氛围下预喷主要通过其引燃的异辛烷的量影响当地温度/当量比进而影响主喷燃烧;预喷油量决定预喷能否引燃异辛烷及其引燃量;预喷间隔决定了预喷时刻容弹中心部位的异辛烷的量;对于纯柴油模式而言指定的预喷油量对应一个预喷间隔使得主喷滞燃期最短,这是因为预喷间隔过短,预喷油量无法完全燃烧,放热不明显,滞燃期延长,预喷间隔过长,热损失增加,预喷燃烧位置靠下,对主喷影响减弱,滞燃期延长;主喷间隔影响了容弹内部的异辛烷分布,较短的主喷间隔下(M6ms),燃烧呈现出三阶段放热,分别为预燃烧、主燃烧、异辛烷后燃;预喷的引入升高了当地温度/压力,使得主喷滞燃期缩短,碳烟生成量增加,平均火焰亮度增强,火焰面积增加,火焰浮起长度缩短;
  与异辛烷相比甲醇对柴油的着火抑制作用更强,火焰亮度更弱,滞燃期更长;甲醇氛围M12ms工况,火焰亮度随着甲醇当量比的增加逐渐增强说明对柴油着火起抑制作用的是甲醇的局部当量比;相机的拍摄条件影响线性区和平缓区的划分阈值,拍摄光圈越大,相机能够捕捉的光线越多,划分阈值随之增大。
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