内燃机火焰传播机理研究

内燃机火焰传播机理研究
内燃机是一种利用燃料和氧气在内部燃烧产生高温高压气体驱动活塞运动的设备。

而在内燃机运行的过程中，火焰传播是内燃机发动机正常运转的基础和关键。

因此，研究内燃机火焰传播机理对于提高内燃机的性能、降低其污染排放具有重要意义。

一、内燃机的基本工作原理
内燃机的基本工作原理是将燃料和空气混合后，在活塞上部的燃烧室内点燃并燃烧产生高温高压气体，推动活塞运动，驱动柴油机或汽油机产生动力输出。

内燃机按照燃烧方式的不同，可以分为汽油机和柴油机两种。

汽油机采用点火火花形成火苗，通过火苗扩散燃烧完成燃烧过程；柴油机则是利用压缩加热空气实现燃烧，其点火是在燃料进入高温高压环境后自燃即发生。

不同类型的内燃机，其具体的火焰传播机理也有各自不同的特点。

下面将着重分析汽油机中火焰的传播及其机理。

二、火焰传播的基本概念
火焰是化学反应和热化学反应同时进行时，放出热能使温度高于点火温度后，可燃气体分子相继分解产生自由基，并与空气中氧分子结合，生成氧化反应产物。

火焰从点火源开始扩散，是一种燃烧传递过程。

火焰传播的基本概念有：燃烧前缘：火焰边缘前面未燃烧混合气体的区域，又称火焰领先区。

燃烧尾缘：火焰边缘后面已经燃烧完混合气体的区域，又称反应区。

火焰速度：火焰的扩展速度，是指火焰前缘的移动速度。

三、汽油机火焰传播机理
汽油机的燃料是混合汽油和空气所形成的混合气体，在活塞上部燃烧室中由火
花塞点燃，通过火焰在混合气体中扩散完成燃烧。

而汽油机火焰传播机理的研究主要涉及火焰的形态、速度和传播方式等问题。

1、火焰的形态
汽油机火焰的形态是指火焰的长度和形状。

一般而言，汽油机火焰呈锥形状，
长度约为2-3cm，宽约1cm。

但是，由于不同点火位置、混合气体组成和点火方式
的影响，火焰形态可呈“W”、“V”、“U”等形状，其形态及长度也会有所不同。

2、火焰的速度
汽油机火焰的速度，是指火焰在混合气体中前进的速度。

其速度取决于火焰前
线的传播速度。

火焰前线的传导过程主要包括：火焰低温氧化反应、火焰向前传播、混合气体
的增压和火焰温度升高等过程。

其中，火焰速度意味着火焰向前传播的速度。

可以根据火焰传播速度的不同，划分出无阻力火焰、贫燃火焰和丰燃火焰三种状态。

3、火焰传播方式
不同发动机燃烧过程的基本区别在于火焰在燃烧室内在何种方式下向前扩散。

传统的火花点火制造出来的火焰由焰前体积分数为最高处开始向前扩散，火焰扩散的形态就像正玄波一样，变化十分复杂，这就是所谓的不稳定燃烧。

在某些特定情况下，还会出现火焰可以逆时针旋转的现象 - 见著名的「火焰飞轮」研究。

现代的宽幅发动机减少了烟花点火，转而使用高压电晕点火。

在高压电晕点火中，采用可逆性化学反应产生的热处理来实现可控的逐渐着火，传统的lean-premixed燃烧被称为rich-burn/homogeneous-charge-compression-ignition（R/HCCI）。

通过不断增加混合气体中可燃物质的含量，使燃气的预混合比依次降低，幸好这种混合气体的燃烧速度也逐步加快。

四、结论
内燃机火焰传播机理的研究，可以帮助我们更好地理解内燃机的燃烧过程，优
化内燃机的燃烧室结构设计，提高内燃机的燃烧效率和输出功率。

而在未来研究中，如何进一步优化点火方式、混合气比和喷油量等参数，以更好地控制火焰传播过程，降低其对大气环境的污染，将会是内燃机燃烧技术的研究重点。