封闭气缸中由热点引发的自着火与爆轰发展研究

对于高增压内燃机,末端气体自着火与爆轰发展可能分别导致敲缸与超级敲缸现象的产生,从而限制了内燃机缸内压力和热效率的进一步提升。而在狭小的封闭气缸中,压力波的传播及壁面反射会与局部末端气体自着火发生强烈的相互作用,可能造成与开放空间条件下不同的燃烧特性。本文通过考虑详细化学反应和输运机理的数值模拟,系统研究了内燃机对应条件下的封闭空间中,由热点引发的异辛烷/空气混合物的自着火过程,重点分析了压力波/激波壁面反射对自着火特性的影响,揭示了与超级敲缸相对应的超高压力震荡的产生机理。研究表明,在狭小封闭气缸中,自着火过程由两部分组成,即由热点引发的自着火反应面传播和由压力波/激波壁面反射导致的自着火反应面传播。随着热点及气缸相关参数的变化,从热点侧和壁面侧可以分别观察到五种和三种不同的自着火模态。本文新引入了一个表征空间和时间相关尺度关系的无量纲参数,用于定量描述包括爆轰在内的壁面侧的不同自着火模态。通过综合分析不同的无量纲参数,对狭小封闭气缸中由热点引发的自着火过程和相应机理进行了阐释,并对不同的自着火模态进行了定量描述和预测。研究表明,由热点直接引发的爆轰波可能导致与超级敲缸相对应的超高压力震荡,而由壁面反射引发的壁面侧爆轰波则较难产生类似强度的压力震荡。本文的研究结果将有助于揭示高增压内燃机中敲缸和超级敲缸的产生机理。