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1、Department of Automotive Engineering Tsinghua University 第6章 燃烧的基础知识 6.1 燃烧现象及其分类 6.2 可燃混合气的着火与着火理论 6.3 湍流及其在燃烧中的作用 6.4 均质混合气中的火焰传播 6.5 液体燃料的雾化与喷雾特性 6.6 油滴的蒸发与燃烧 6.7 示功图与燃烧放热率 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 6.5 液体燃料的雾化与扩散燃烧 6.5.1 液体燃料的喷射雾化 特征： 高压、高速、高湍流度； 20MPa 200MPa 汽油多孔喷
2、射的高速摄影（喷压10MPa） 0.12ms0.63ms0.38ms 液体燃料的喷射与雾化 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 6.5.1 液体燃料的喷射雾化 1、喷雾过程： 2阶段 = 液柱阶段 + 分裂雾化阶段 （3阶段 = 液柱 + 分裂 + 雾化） 特性指标： 喷雾特性（空间特性） 贯穿距离、喷雾锥角、喷雾粒径； 喷油特性（时间特性，见7章） 液体燃料的喷射与雾化 喷雾初速度： （6-10） CF流通系数，pj 喷喷油压压力，pc周围围 空气压压力，f燃油密度 Department of Automotive
3、 Engineering Tsinghua University 液体分裂过程 2、液滴破碎： 硶可法、姚强等，燃烧理论与污染控制，机械工业出版社，2008年 外力： 推进力、空气阻力、重力 内力：表面张力、 内摩擦力（粘度） 液滴破裂准则： 维伯（Weber）函数 液滴粒径（最大） 液滴破碎条件： 外力 与 内力 不平衡 6.5.1 液体燃料的喷射雾化 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 1、贯穿距离 计算方法（孔式，半经验） （基于高压容器模拟结果） 液柱阶段（0ttb） 分裂雾化阶段（t tb ） 由于高温导致
4、气体粘性和阻力增大、燃 油蒸发加快等，实际贯穿距离应更短一些。 喷雾贯穿距离 6.5.2 喷雾特性 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 贯穿率： 喷油持续期内的贯穿距离与喷孔至 壁面的距离之比。 静止空气，1 强涡流， 1 撞击喷雾， 1 液体燃料的喷射与雾化 6.5.2 喷雾特性 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 2、喷雾锥角 计算方法 （孔式，半经验，基于高压容器模拟结果） 液体燃料的喷射与雾化 6.5.2 喷雾特性 喷油压力pj ，
5、 ； 喷孔直径d0 ， ； 空气密度a ， 。 主要因为，喷孔附近湍流强度升高。 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 3、喷雾粒径 平均粒径： 所有油粒直径的算术平均值， 索特直径(Sauter) SMD、D32 所有油粒总体积与总面积之比。 SMD的半经验公式， 粒径分布 如图所例 喷雾粒径分布的三种方式 6.5.2 喷雾特性 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 1、静止空气中的液滴蒸发与燃烧： 单个液滴的蒸发与燃烧模型 6.6 油滴的蒸
6、发与燃烧 喷雾 蒸发 混合 燃烧 完全蒸发时间 蒸发常数 qm：蒸气向外对流量 着火前，T、a的分布； 燃烧发生在火焰锋面（当量比） 锋面上，Cf和Co为零，T达到最高 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 2、强迫气流中液滴的蒸发： 气流速度对液滴蒸发的影响 6.6 油滴的蒸发与燃烧 （强迫对流时的液滴蒸发公式， 不要求完全掌握） 随气流变强，燃料蒸气区变薄； 很强气流时，液滴与蒸气区脱离 对燃烧性能的影响： 静止气流时： 扩散燃烧特征，高温缺氧燃烧，易生碳烟； 强迫气流时： 预混合燃烧特征，碳烟生成趋势逐渐减弱。
7、Department of Automotive Engineering Tsinghua University 6.7 燃烧放热规律 燃烧过程的研究手段： 1、示功图 p-v图、p-图 2、燃烧放热速率 （Rate of Heat Release) 单位Kmol混合气在单位时间（或单位 曲轴转角）的燃烧放热量称为燃烧放热 速率； 也称为瞬时放热率 示功图测试系统 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 由： U=m Cv T ， pv = m R T， Cv = R/（k-1） 得：式（5-15）， 应用示功图的P（）
8、，逐点迭代，算出dQB/d 6.7 燃烧放热规律 燃烧放出的热量一部分传给工质，用于增加工质的内能和对外作功，一 部分通过燃烧室壁面散失到冷却水中，根据热力学第一定律有： Department of Automotive Engineering Tsinghua University 3、累计放热率 由燃烧始点b至某一时刻i为止，已 发生的全部燃烧放热量与循环放热量QB0 之比称为累积放热率X，或称累积放热百 分比； 特征值： 放热的始点、终点、持续期、峰 值、形状、 x%累计放热的时间 X = 5%，着火阶段结束 X = 50%，前期燃烧结束 X = 95%，主要燃烧过程结束 6.7 燃烧放
9、热规律 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 第6章要点 1、两种基本燃烧方式、及其特征对比； 2、两种基本着火理论、及其影响因素； 3、预混合燃烧的火焰传播特性、及其影响因素； 4、喷雾过程与喷雾特性（三项指标、油滴破碎机里）； 5、 油滴和油滴群的蒸发与燃烧； 6、燃烧放热规律的概念、公式、分析。 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 第6章作业 1. 题6-10 2. 题6-12 3. 题6-13 4. 由热力学第一定律推导燃烧放热速率的
10、计算公式，要注明 各计算参数的量纲。 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 第5章复习思考题 1、为什么说内燃机中燃料的燃烧都是气态燃烧？燃烧的实质是什么？燃烧 过程由哪几个阶段组成？ 2、何谓可燃混合气的着火？自燃着火与点燃着火有哪些差别？ 3、利用热着火理论，分析说明：为什么存在不着火区？为什么有可燃混合 气着火的浓限与稀限？此界限与何种因素有关？ 4、分析说明紊流火焰传播速度大大高于层流火焰传播速度的原因。 5、描述高压喷雾油束的几何形状与其内油粒大小和分布的特点，并指出贯 穿特性与雾化特性有哪些评价指标？它们对
11、柴油机性能会产生什么影 响？； 6、实际柴油机为液滴群着火，其初期着火点在何处？液滴群的两个阶段燃 烧指的是什么？属于何种类型燃烧？各有何特点？ 7、分析影响最小点火能量Eb大小的因素；并比较分析过量空气系数对Eb 、着火界限、层流火焰传播速度影响的异同。 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 第5章作业 1.何谓可燃混合气的着火？自燃着火与点燃着火有那些差别？ 2.缸径为100 mm的四气门进气道喷射汽油机，在转速为3000 r/min时， 燃烧过程在上止点前后50度曲柄转角内完成。请问这时缸内的火焰传 播速度是多少
12、？是层流火焰还是湍流火焰？ 3.某一2.8升的4缸柴油机的喷油器喷孔为40.2mm, 最大转矩 (1400r/min)时的平均有效压力为0.75MPa, 有效燃油消耗率为 220g/kWh，该工况下喷油时的汽缸压力为2.5MPa。试计算喷油压力分 别为50、90、130MPa时的喷雾分裂距离和分裂时间，以及喷油后20 CA 时的贯穿距离、喷雾锥角、Sauter粒径；并分析喷油压力对喷雾特性 的影响。假设此工况条件下，柴油密度为850 kg/m3，空气密度为 11.85 kg/m3，空气粘度为3.5610-5kg/m.s。(注意公式单位: Lp m; tbms; SMDm; 基于高压容器模拟结果
13、) 4. 由热力学第一定律推导燃烧放热速率的计算公式，要注明各计算参数的 量纲。 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 小测验 判断以下说法的正确性（错误打“”，正确打“”） a）一般来说，二冲程低速柴油机的有效燃油消耗率比四冲程 高速柴油机的有效燃油消耗率高（ ） b）一般来说，自然吸气四冲程汽油机的升功率PL比自然吸气 四冲程柴油机大,因而Pme也大（ ） c）加长进气歧管长度可以提高发动机高转速范围的充气系数 （ ） d）正确的着火理论是“链式着火”而不是“热着火”（ ） E) 低温多阶段着火过程中，中间生成物的出现顺序是：甲醛 、乙醛、CO、CO2。（ ） ？ Department of Automotive Engineering Tsinghua University 3、油束及液滴群的蒸发与燃烧： 油束的着火点及浓浓度分布 (a)有旋场场 (b)无旋场场 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 2、强迫气流中液滴的蒸发： 气流速度对液滴蒸发的影响 6.6 油滴的蒸发与燃烧 上述公式，不要求完全掌握
