2017北理工—lecture 4 自点火理论
北京理工大学智慧树知到“车辆工程”《车用内燃机》网课测试题答案卷2
北京理工大学智慧树知到“车辆工程”《车用内燃机》网课测试题答案（图片大小可自由调整）第1卷一.综合考核(共10题)1.柴油机直列柱塞泵供油系统含有三副精密偶件包括()。
A.柱塞偶件B.针阀偶件C.出油阀偶件D.涡轮增压2.柴油机排放物中的主要有害物质是()。
A.HCB.NOxC.碳烟D.铅化物E.CO3.柴油机正常燃烧过程的几个阶段包括()。
A.着火延迟期B.速燃期C.后燃期D.慢燃期E.扩散燃烧期4.发动机的动力性指标为()。
A.有效转矩B.发动机转速C.有效功率D.燃油消耗率E.压缩比5.要使柴油机燃烧过程不产生碳烟和NOx，过量空气系数α应控制在()。
A.0.3～0.6B.0.6～0.9C.0.9～1D.1～46.二冲程发动机一个工作循环中，曲轴转()A.120°B.180°C.360°D.720°7.按冷却介质不同，发动机冷却方式有()。
A.风冷B.金属导热C.水冷D.压缩机8.柴油机进气旋流速度增大，NO排放浓度增大。
()A.错误B.正确9.在柴油机点火系中，一般都采用负极搭铁。
()A.错误B.正确10.当汽油机转速增加时，点火提前角应增大。
()A.错误B.正确第1卷参考答案一.综合考核1.参考答案：ABC2.参考答案：ABCE3.参考答案：ABCD4.参考答案：AC5.参考答案：B6.参考答案：C7.参考答案：AC8.参考答案：B9.参考答案：A10.参考答案：B。
北京理工大学2017年电气工程专业介绍_北京理工大学考研网
北京理工大学2017年电气工程专业介绍电气工程080800一、学科简介及研究方向电气工程是研究电能的产生、传输、转换、控制、储存和利用的学科，广泛应用于工业、农业、国防等领域，电气工程学科的教育和科研在发达国家大学中始终占据十分重要的地位。
近年来，信息技术、电力电子技术、计算机技术、通讯技术、自动控制等技术渗透到传统电气工程学科的各个领域，使电气工程学科理论和技术发生了深刻变化，这一古老学科又焕发了新的生机与活力。
随着绿色GDP和低碳经济政策的大力推进，在节能减排和安全可靠供电方面，国家正加大投入建设特高压输电网络，开发新能源发电领域，开发电动汽车等新能源利用领域，并提出开展“建设坚强的智能电网”研究，为电气工程学科专业提供了前所未有的发展机遇。
本学科是理论与工程实际密切结合的学科，对国民经济发展和国防建设发挥了重大作用。
本学科主要研究方向有：1.电机与电器：研究微特电机设计及其驱动控制、交直流电机节能及一体化设计、电机电磁场分析与数值计算、新型（压电陶瓷、SMA、电磁伸缩）电机驱动原理及其控制技术、新型电磁机构的理论与技术、军用电机系统与电器装备可靠性分析与设计。
2．电力电子与电力传动：研究开关电源与大功率电源系统、特种电源理论及应用技术，功率变换技术、交流电机传动系统非线性解耦控制、多电机传动系统协调控制。
电动车电驱动系统、车辆电传动理论与设计、电动车辆电磁兼容性分析与设计。
3.电力系统及其自动化：研究太阳能发电与光伏并网发电技术、高效卫星太阳能供电系统、大型风电场的风力发电容量预测技术、新型电能存储系统变换与均衡技术、分布式发电技术以及微型电网技术、可再生能源功率变换技术、风力发电机控制技术、大型风力发电机低电压穿越技术、军用高可靠性风、光、柴、电互补发电系统及其应用研究。
4.电工理论与新技术：研究电网络理论及技术、电磁场理论及技术、电能质量分析理论及技术。
二、培养目标在“电气工程”学科上掌握坚实的基础理论和系统的专门知识，掌握相应的技能、方法和相关知识，具有从事科学研究工作或独立担负专门技术工作的能力。
内燃机低温启动技术与应用
内燃机低温启动技术与应用北京理工大学 华智刚 赵福堂 韩占忠摘 要较系统地分析内燃机常用低温启动技术,介绍它们在车辆上的应用情况,预测其发展方向。
关键词:内燃机 低温启动 技术 应用1 概述内燃机的低温启动性能是内燃机的重要性能指标之一,它不仅关系到整机的工作效率,而且还会影响其排放指标和油耗,以及它的使用寿命。
如果在低温下不能启动或不能可靠地启动,不仅会降低内燃机的利用率,而且还会给使用者带来许多不便,甚至会延误时机(如军用车辆、消防急救车辆等),造成重大损失。
例如在第二次世界大战期间,德国入侵苏联,在寒冷的冬季,德国的坦克无法顺利地启动,甚至发动机因此而损坏,而苏联的坦克低温启动性较好,使得德国的坦克受到严重地打击。
战后,各国对内燃机(特别是军用车辆发动机)的低温启动性更加重视,并对其进行深入地研究。
我国幅员辽阔,因地理位置和自然条件所限,1月份的最低平均气温在0℃以下的地区占陆地总面积的80%左右, -25℃以下的地区占25%左右,在我国的东北、西北及内蒙地区最冷的月份平均气温为-25～30℃,最低温度可达-50℃,所以,发展内燃机的低温启动技术对我国有极为重要的意义。
2 国内外通常使用的低温启动技术211 电力启动电力启动的方法有启动电机启动和启动发电机启动两种。
启动电机一般采用串激低电压直流电动机。
它能提供较大的转矩,从而保证柴油机在较短的时间内能达到必须的启动转速。
启动电机的电源来自蓄电池。
内燃机正常工作时,蓄电池可由发动机带动发电机进行充电。
若发动机要求较大的功率,则为了保证足够的启动能量,就需要有较多的蓄电池进行工作。
此外,当发动机需要在短期内多次重复启动,以及在低温环境下进行启动时,对蓄电池的性能要求较高。
启动发电机是一种直流电机,启动时作为串激电动机,由蓄电池供电,启动后转换为并激发电机,供蓄电池充电及车载电器设备用电。
它通常用于小型汽油机上。
212 压缩空气启动压缩空气启动通常应用于柴油机中。
5章12点燃式内燃机燃烧分析
稀燃技术的难点
（1）燃烧缓慢，燃烧持续期长
（2）循环变动大 （3）HC排放增加（氧化催化转换器）
（ 4 ）汽车的操纵性能下降（负荷控制敏 感度下降） （ 5 ）排气后处理困难（特别是富氧条件 下NOx的还原）
（1）缸内气流的循环变动影响（强弱变化大） （2）混合气成分，特别是点火瞬间火花塞附近混合气的 成分（不均匀）
3. 燃烧稳定性 （燃烧的循环变动）
5）降低措施（加大并稳定缸内气流；提高燃烧速度）
（1）多点点火；
（2）增加进气涡流 → 增加燃烧速率； （3）提高转速，湍流增加； （4）采用理论空燃比或φa=0.8~0.9 →易燃，燃烧速度高 （5）采用燃油电控喷射技术（特别是多点燃油喷射）可 改善各循环混合气的均匀性； （6）采用快燃、速燃技术，提高火焰传播速率； （7）加大点火能量、大火花塞间隙。
2）急燃期（2~3）
结束点定义法：
（1）最高压力点； （2）最高温度点； （3）放热率骤然下降点。 最高压力点3点对动力性、 经济性影响很大。可用点 火提前角调整。 火焰传播速率、火化塞位 置、燃烧室形式等将影响 dp/dφ。 dp/dφ将影响工作粗暴程度、 振动、噪声水平。
3）后燃期（3~4烧完，熄火）
二、研究阶段与研究重点
化油器（实现油气混合）~1980年
如何保证各种工况的可靠工作，保证要求混合（喉口气流控制混合与空燃比） 问题：喷油点离气缸远，工况变动时，喷油滞后；各缸不均匀 同时喷射（喷油时刻对燃烧有影响）顺序喷射进气门背低压（0.3~0.4MPa） 闭阀喷射（利用废气倒灌雾化；启动和暖机时效果差）进气阀开启时喷射（油 滴直径小于15μm，较高喷射压力、短射程）。启动和暖机时的性能、排放问题。 问题：炭烟、NOx处理；匹配、组织困难。美国市场无，份额小 具有直喷的优势，泵气损失由可变气门机构降低，避免了扩散燃烧对炭烟、 NOx排放的后处理难题，对油品的含硫量要求不高，控制精确。
北京理工大学科技成果——氢内燃机
北京理工大学科技成果——氢内燃机成果简介
氢内燃机汽车将是启动氢能源经济的最现实的途径。
针对氢内燃机的特殊要求，北京理工大学借助985二期工程经费支持，投资400万元建立了满足内燃机燃用氢气的整套试验台架系统，包括：集成的发动机动力测试系统、满足国际标准的氢供应系统、全天候安全系统、实时柔性标定控制系统、完备的动态测试系统、燃烧测试及排放分析系统。
下图为已建成的氢内燃机试验台架。
该台架是目前国内唯一的一个能够进行氢燃料内燃机系统开发的专用台架，其整体水平与福特公司的台架系统基本相当。
氢燃料发动机试验系统（左：控制间，右：实验系统）
项目来源自行开发
技术领域先进制造
应用范围客车生产厂家、各公共交通部门等。
现状特点北京理工大学以2.0L排量汽油机为基础，进行供应系统、喷射系统、点火系统、发动机本体及附件系统改进设计，完成的虚拟样机如图2所示。
到现在为止，所开发的氢内燃机的输出功率已经达到60kW，中小负荷运行时NOx排放可以控制在20ppm以内（柴
油机怠速时的NOx排放为200ppm左右），并在台架上稳定运转了200小时以上。
所在阶段批量生产
成果知识产权独立知识产权
成果转让方式合作办厂
市场状况及效益分析从国际上的发展情况可以看出，氢作为内燃机燃料已被国际车辆行业公认为是近阶段氢能用于汽车的最具现实意义的发展方向。
北理工《汽车发动机原理构造及电控》在线作业-0001【20春答案46909】
14.下列哪项原因易引起排气中CO增多 A.气缸压力低 B.混合气过稀 C.混合气过浓 D.某缸缺火
15.提高柴油机平均有效压力最有效的措施是 A.加大气缸直径 B.增加活塞行程 C.增压 D.增加柴油机转速ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.在发动机的状态信号中，进气流量或进气管绝对压力和转速信号是两个主要参数，它们决定该工 况下的 A.燃油压力 B.基本燃油供给量
C.基本点火提前角 D.喷油提前角
3.下列有关废气再循环的说法正确的是 A.废气再循环有利于提高发动机的动力性和经济行 B.废气再循环可以使最高燃烧温度降低，从而减少Nox的生成量 C.废气再循环有利于提高发动机的排气净化性能 D.废气再循环控制是一种发动机机外净化的排气污染控制方式
16.气门开启关闭的重叠角过小则 A.排气倒流入进气管 B.新鲜混合气随废气排出
C.空气随废气排出 D.影响新鲜混合气或空气的流入量
17.四冲程柴油机向外作功的冲程是 A.进气冲程 B.压缩冲程 C.燃烧膨胀冲程 D.排气冲程
18.产品在规定条件下，在规定时间内，完成规定功能的能力，称为() A.可靠度 B.失效度 C.可靠性 D.故障率
6.对于配气相位的检查，说法正确的是 A.应该在气门间隙调整前检查 B.应该在气门间隙调整后检查 C.应该在气门间隙调整过程中检查 D.不受气门间隙是否调整的影响
7.排气门的锥角一般为 A.30 B.45 C.60 D.50
8.活塞环开口间隙(端隙)过小，应采取 A.刮削法修理 B.互研法修理
C.锉削法修理 D.铣削法修理
谢苗诺夫热理论
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Thank You
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谢苗诺夫热自燃理论
《航空发动机燃烧学》
西北工业大学 航空发动机燃烧学课程组
CONTENTS
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1 谢苗诺夫介绍 2 热自燃理论 3 环境温度对热自燃着火影响 4 散热强度对热自燃着火的影响 5 压力对热自燃着火的影响 6 着火温度
1
谢苗诺夫介绍
1896～1986 1932年当选苏联科学院院士 1956年获诺贝尔化学奖，表彰 其在化学反应动力学和化学反应历程研
II E / R T 对于 total u ，可得 0
TB T
II 0
6
着火温度
例：如果取
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E 40 4.186KJ / mol
Ru 2 4.186 J /(mol K )
T0II 103 K
可以得出:
TB T 50 K
II 0
或近似地为：
TB T0II
预混气 散热
2
热自燃理论
化学反应系统的总放热量Qr 为：
T
- 6 -
Qr qrV
T
T
qr —— 单位体积化学反应的放热量 Etotal a b qr RR( hc ) f o A exp( )hc RuT
0
0
T=T （t=0）
0
预混气 散热
通过容器壁的散热量Ql 为：
Ql hS (T T0 )
II E / R T 对于典型碳氢燃料 total u 0
进行多项式展开，取前三项得
II 2 Etotal Etotal RuT0II Ru 2T0II 2 R T TB (1 2 2 2 ) T0II u 0 2 Ru 2 Ru Etotal Etotal Etotal
燃烧理论知识点
CH11.何谓燃烧？燃烧是一种急速、剧烈的发光发热的氧化反应过程。
2. 化合物的标准生成焓: 化合物的构成元素在标准状态下（25oC，0.1MPa）定温—定容或者定温定压；经化合反应生成一个mol的该化合物的焓的增量（kJ/mol）。
所有元素在标准状态下的标准生成焓均为零。
3. 反应焓: 在定温-定容或定温-定压条件下，反应物与产物之间的焓差，为该反应物的反应焓（kJ）。
4. 反应焓的计算??5. 燃烧焓: 单位质量的燃料（不包括氧化剂）在定温—定容或定温—定压条件下，燃烧反应时的反应焓之值（kJ/kg）。
6.燃料热值: 燃料热值有高热值与低热值之分，相差一个燃烧产物中的水的气化潜热。
7.化学反应速度、正向反应速度、逆向反应速度、反应速度常数??8.平衡常数的三种表达方式和相互间的关系??按浓度定义的反应平衡常数,以分压定义的反应平衡常数,以体积百分比定义的平衡常数??平衡常数越大，反应进行得越彻底9.反应度λ: 表示系统达到平衡时反应物能有效变为产物的程度反应式: aA+bB→（1-λ）*（aA+bB）+λ（cC+dD）10. Gibbs函数的定义: 自由焓，为状态参数。
g=h-Ts11. Helmholtz函数自由能f f=u-Ts12.焓与生成焓仅是温度的单一函数，而自由焓与P、T有关。
13.标准反应自由焓14.平衡常数kp与反应自由焓的关系15.过量空气系数: 燃烧1kg燃料，实际提供空气量/ 理论所需空气量。
16.当量比(φ)C－实际浓度，Cst－理论浓度17.浓度（燃空比）: 一定体积混合气中的燃料重量/ 空气重量18. 化学计量浓度时的浓度时的浓度19. 绝热燃烧火焰温度的求解方法，尤其是考虑化学平衡时的计算方法首先分别根据平衡常数kp和能量守恒方程得到反应度λ和绝热火焰温度Tf 的关系，然后采用迭代法计算得到Tf 。
20.绝热燃烧火焰温度计算程序及数据处理CH21. 化学反应动力学是研究化学反应机理和化学反应速率的科学。
北京理工大学科技成果——汽油机电控技术
北京理工大学科技成果——汽油机电控技术成果简介该成果主要用于汽油机或对采用火花点燃式的LPG、CNG、醇类燃料等代用燃料内燃机的供油系统、点火系统和进气系统的综合控制，改善发动机的动力性、经济性和排放性能，实现发动机的替代能源。
可实现点燃式发动机的点火、喷油和怠速空气量的动态和稳态协调控制，具有空燃比可调的闭环控制功能，空燃比（A/F）闭环控制的目标值可以随工况调整，适应三元催化转换装置（TWC）的工作窗口。
能够根据车辆的启动、暖机、怠速、起步、加减速、大负荷以及闭环控制等工况要求协调控制发动机的点火、喷油和怠速空气量，改善发动机的动力性、经济型和排放性能。
现有的电控系统适用于3缸、4缸和6缸火花点燃式发动机，发动机转速范围0-8000rmin-1。
稳态工况空燃比的波动在±0.05A/F之内，瞬态工况空燃比波动小于±0.1A/F。
完全满足三元催化转换装置（TWC）对空燃比精度的要求。
发动机的测试表明：发动机的动力性改善>10%，经济性改善>14%。
三元催化转换器的净化效率为：CO：>95%，HC：>80%，NOx：>70%。
项目来源自行开发技术领域先进制造应用范围接产企业具有良好的机电产品加工和生产条件。
现状特点该成果的控制功能和控制精度已经达到国内领先水平，已成功地对四种国产化油器式的发动机进行过改造，使发动机的性能得到很大的改善，达到了新产品批量试制的水平。
所在阶段样机成果转让方式技术转让，合作开发市场状况及效益分析该项成果可以对火花点燃式发动机的点火系统、燃油系统和空气系统进行综合的匹配控制，所以可以极大地改善汽油机的动力性、经济型和排放性能，是企业为满足未来排放法规的必备技术。
该成果还是LPG、CNG、醇类燃料等代用燃料在内燃机上应用的必备技术，所以具有广阔的应用前景和巨大的经济和社会效益。
哈尔滨工程大学内燃机原理知识点
理想循环：为了了解内燃机热能利用的完善程度，能量相互转换的效率，寻求提高热量利用率的途径，在不是其基本物理、化学过程特征的前提下，将内燃机的实际循环进行若干简化，使其近似乎于所讨论的实际循环，而又简化了实际变化纷繁的物理、化学过程，从而提出一种便于作定量分析的假想循环，称为“理想循环”。
实际循环与理想循环差异主要有：1、工质不同2、气体流动阻力3、涡流与节流损失4、传热损失5、燃烧不及时，后燃及不完全燃烧损失6、漏气损失；压缩比：压缩比是一个描述工质容积变化和压缩程度的参数，定义为压缩始点容积比上压缩终点容积。
按什么原则取定压缩比：压缩比的上限：a、对点燃式内燃机（如汽油机，煤气机），在缸内被压缩的是空气与燃料的混合物，上限受到可燃混合气早燃或爆燃的限制。
因此，上限取值应考虑到燃料的性质，传热条件及燃烧室结构等因素。
b.对压燃式发动机（如柴油机,上限受到机械负荷Pc、Pz，噪声、排放（温度高,NOX上升；高温下CO2 分解形成CO）的限制。
当压缩比上升到一定程度时，压缩比上升的程度明显减少，太高反而得不偿失。
压缩比的下限：a、对点燃式内燃机,在满足上限的限制下,尽量使压缩比高些；b、对压燃式发动机（如柴油机），应保证压缩终点的温度不低于燃料着火燃烧的自燃温度。
多变压缩指数影响因素：1、曲轴转速2、气缸尺寸3、周壁散热强度及充量扰动的速度；多变膨胀指数影响因素：转速、燃烧速度、气缸尺寸、负荷等。
示功图：把内燃机在1个循环中气缸工质状态的变化，表示为压力与容积的关系图（p-V 图）或压力与曲轴转角的关系图称为示功图。
示功图作用：示功图直接表示了内燃机作功的大小，除此之外，还包含了许多反映内燃机性能的信息和数据，是评价分析内燃机性能的主要手段。
内燃机的指示参数是用以表征燃料燃烧释放出来的热能转变为机械能完善程度的一组参数，只考虑了气缸内因燃烧不完全和传热等方面所引起的热量损失，而没有考虑各运动副间所存在的摩擦损失、泵气损失和辅助机械损失等。
北理工爆轰物理学简答题总结
爆轰考点总结1.爆炸：爆炸的定义：可简单的定义为由能量极为迅速释放而产生的现象。
爆炸的特点：○1爆炸具有极大的能量释放速度、形成极高的能量密度，并迅速对外界介质做功形成冲击波的特点。
○2爆炸过程中，描述系统状态的物理量会在极短的时间内和极小的空间内发生急剧变化。
爆炸的分类：○1物理爆炸○2化学爆炸○3核爆炸2.炸药的定义及分类：定义：在适当外部激发能量作用下，可发生爆炸变化（速度极快且放出大量热和大量气体的化学反应），并对周围介质做功的化合物或混合物。
按应用分类：○1起爆药○2猛炸药○3发射药○4烟火剂按组成分类：○1单质炸药○2混合炸药3.爆轰、爆轰波、爆轰波阵面：爆轰是一伴有大量能量释放、带有一个以超声速运动的冲击波前沿的化学反应区沿炸药装药传播的流体动力学过程。
这种带有高速化学反应区的强冲击波称为爆轰波。
爆轰的前沿冲击波和放热反应区通称为爆轰波阵面。
1.炸药爆炸的基本特征：炸药爆炸是一种以高速进行的，能自动传播的化学反应过程，在此过程中放出大量的热、生成大量的气体产物，形成冲击波1）反应的放热性2）过程的高速度3）过程必须形成气体产物2.炸药的化学反应过程：根据反应速度快慢可分为热分解、燃烧和爆轰三种基本形式。
热分解是一种缓慢的化学变化，其特点是在整个物质内部展开，反应速度与环境温度有关。
燃烧、爆轰与热分解不同，它们不是在整个物质内发生的，而是在某一局部开始，并以化学反应波的形式按一定的速度一层一层地自行传播。
化学反应波的波阵面很窄，化学反应就是在这个很窄的波阵面内进行并完成的。
1.燃烧与爆轰的区别：（1）传播机理不同：燃烧是通过热传导、热辐射及燃烧气体产物的扩散作用传入未反应区的；爆轰则是借助冲击波对炸药的强烈冲击压缩作用进行的。
（2）波的速度不同：燃烧传播速度很小；爆轰的传播速度很大，一般数千米每秒。
（3）受外界的影响不同：燃烧受外界条件的影响很大；爆轰几乎不受外界条件的影响。
（4）产物质点运动方向不同：燃烧产物质点运动方向与燃烧波传播方向相反；爆轰产物质点运动方向与爆轰波传播方向相同。
北理工《电力系统分析》题库资料
北理工《电力系统分析》FAQ（一）第一章电力系统的基本概念一、电力系统中除火电、水电及核电以外的其它发电形式一般称为“新能源”，你能说出几种新能源发电形式？太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能等。
二、火力发电使用的一次能源都有哪些？煤、石油、天然气等。
三、电力负荷成分主要是什么？感应电动机是电力负荷的主要成分。
四、电力系统包括哪些主要组成部分？分别起哪些作用？1 电源：指锅炉、反应堆、汽轮机、水轮机、发电机等生产电能的设备。
它将一次能源转换成电能2 电力网：由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成。
它的功能是将电源发出的电能升压到一定等级后输送到负荷中心变电所，再降压至一定等级后，经配电线路与用户相联。
3 电力负荷：包括电动机、电热电炉、电灯等各种消耗电能的设备。
起到消耗电能的作用。
五、什么是电力网？在电力系统中，由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的部分称为电力网。
六、电力系统的基本参量有哪些？总装机容量、年发电量、最大负荷、额定频率、最高电压等级。
七、电力系统常用的结线图有几种？地理结线图和电气结线图。
八、电力系统生产的特点是什么？1 电能与国民经济各个部门之间的关系都很密切。
2 电能不能大量储存。
3 生产、输送、消费电能各环节所组成的统一整体不可分割。
4 电能生产、输送、消费工况的改变十分迅速。
5 对电能质量的要求颇为严格。
九、对电力系统运行的基本要求是什么？1 保证可靠地持续供电。
2 保证良好的电能质量。
3 保证系统运行的经济性。
4节能5 环保十、衡量电能质量的主要指标是什么？电压、频率和波形。
十一、考核电力系统运行经济性的指标是什么？具体含义？煤耗率和线损率。
煤耗率，是指每生产1kWh电能所消耗的标准煤重，以g/kWh为单位，而标准煤则是指含热量为29.31MJ/kg的煤。
线损率，即网损率，是指电力网络中损耗的电能与向电力网络供应电能的百分比。
十二、电力系统联网运行的好处有哪些？1 提高供电的可靠性，减少为防止设备事故引起供电中断而设置的备用容量。
气相射流点火天然气发动机的燃烧及排放特性
点火技术成为了制约其应用的瓶颈。虽然有不同点火 方式 [2-5（] 如电晕点火、微波点火和射流点火等）能够实
jet ignition, GJI）模式。如图 1 所示，GJI 射 流点火器 将喷油器和火花塞集成为一体，安装于射流室顶部中
于汽车的节能减排，缓解油耗及排放法规带来的压力， 原因。
成为值得进一步推广和应用的燃料。为了挖掘内燃机的
节能潜力，高效燃烧组织技术得到了深入的研究。其中， 1 气相射流点火（GJI）燃烧系统设计
稀薄燃烧（简称稀燃）是提升发动效率的有效技术路径，
为了实现快速、稳定、无爆震燃烧，本研究基于
该条件下，由于混合气的着火性及火焰的传播速度降低， 所设计的射流点火器实现了一种气相射流点火（gas-
（汽车安全与节能国家重点实验室，清华大学，北京 100084，中国）
摘 要：射流点火是实现稳定的稀薄燃烧，大幅度提升发动机热效率的有效技术途径。该文利用设 计的一种射流点火器，对气相射流点火（GJI）的燃烧开展研究，揭示了主动式射流点火（射流室内有 补充燃料）和被动式射流点火（射流室内无补充燃料）的燃烧和排放特性。结果表明：相比于被动式 射流点火，主动式射流点火将过量空气系数拓展至 2.0，热效率提升 1.5% ；进一步引入废气再循环 （EGR）后，热效率提升至 44.5%。主动式射流点火时，最高热效率点 NOx 排放较被动式射流点火下 降低 66%，THC 及 CO 排放的增加使燃烧效率降低 3% ；引入 EGR 后，NOx 进一步降低 79%，燃 烧效率保持稳定在 96%。
ZHAO Ziqing, WANG Zhi*, LI Fubai, WANG Jianxin
(State Key Lab of Automotive Safety and Energy, Tsinghua University, Beijing 100084, China)
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Ea RuT02 R e uT E a
1
Question: τign 与初始温度T0，压强P0，质量 分数Y0F的依赖关系.
5
自点火临界条件的Semenov理论
容器壁体积V， E 表面积S，温 qw F qWM F k F Ox qWM F A F Ox exp a q 度保持在T0 RT
稳态流场 Tcrit
•
E d 2T n MWF qc0 2 q A exp a dx RuT Boundary condition dT dx h Tl Ta
x l
0 l 长度 F-K理论中的温度剖面
稳态场中的温度空间分布
c0: 反应物浓度；n: 反应阶数
0.878 2.00 2.76 3.32
14
• 作业：室温(300K)的仓库中，在地板上(近似无限大）铺一 层木屑。加速木屑层上表面和下底面都是均匀向外界散热 。为了防止自点火，木屑层的厚度不能超过多少？
Ea 12260 K 1 Ru E qA ln a 46.9 Ru
容器壁面的传热系数h (surface heat transfer coefficient not thermal conductivity)
• 总能量守恒
cV
dT q q dt
单位质量的等容比 热容，单位J/(K∙Kg)
6
•
热生成率曲线与热 损失率曲线之间的 关系：
q q q q q q
.
可燃混合物的自点火取决于容器 . . 的形状，维度，温度，气体的热 导率，化学反应率等
8
临界温度Tcritical
• 作业：给出Semenov模型中的临界温度的解析解，以及临界条件下的 质量浓度和压强
9
Frank-Kamenetskii 模型
• 考虑温度梯度
walls: high thermal conductivity; system: low thermal 温 conductivity or considerable resistance to heat transfer; 度 • overall energy equation 热传导 Ta T 2T 热生成率 cp 2 q -l 焓的变化率 t x
Ea RuT02 R e uT E a 1
a Ea RET u 0 e t R T2 u 0
1
指数项的线性化。 Essential assumption： 自点火之前的温度变 化非常小
E T T0 a RuT02 1 e
E
E
•
q是燃烧热(J/kg). recall: 恒压（非等温）条件下的反应热qp公式，T1为反应物 hp ,rx 温度，T2为反应产物温度 q
p
MWF
0 0 0 0 0 0 hp ,rx h T h 298 K h 298 K h T h 298 K h 298 K Pr 2 Pr Pr F 2 F F 0 0 0 r0 h T h 298 K h 298 K Ox 2 Ox Ox
RuT
d F A 2YFYOx Ea F WF w e dt WOx
A 2YFYOx Ea e WFWOx
与Y负相关
RuT
与温度呈指数 形式正相关
RuT
•
考虑空间静止均匀体系，不存在扩散和对流，则只有一个时间变量
热失控(thermal runaway)
T T q q A 2YFYOx RuaT q AYFYOx RuaT FV F mmix c p qw w e e t t c p c p WOx c p MWOx
4
绝热火焰温度
• •
绝热预混静态混合物在自点火之 前温度的变化
•
绝热预混静态混合物在自点火之 前反应率的变化
自点火诱导时间(autoignition delay time): the temperature becomes infinite
ign.
q A0Y0FY0Ox c p MWOx
d 2T * 1 d 2 *2 dx dx*2
无量纲温度
11
• T-Ta相比Ta很小，因此
Ea d 2 RuTa2 2 qAl exp exp 0 *2 dx Ea RuTa Ea d 2 Ea qAl 2 *2 exp exp 2 dx RuTa RuTa d 2 *2 exp dx d dx* * Bi x* 1 x 1 * 0 x 0 d * * 0 dx x 0
2
考虑反应
k, 2 阶 F + Ox products
V 动力学方程 d F R k F O X A FO X e Ea dt
FOx
nF nOx
2
2 YF m YOx m YF V YOx V YFYOx WFV WOxV WFV WOxV WFWOx
Ea Ea E T Ta a 1 RuT RuTa Ta 1 T Ta Ta RuTa E E E a a 2 T Ta a RuTa Ru Ta RuTa
Frank-Kamenetskii参数
Ea Ea qAl 2 exp RuTa2 RuTa
自点火理论
2017.09.26
1
自点火(autoignition),诱导时间(delay time)
• 外部热爆炸(forcedignition, or spark ignition) • 自点火 Within flammability limits 放热反应 与链式反应中初始热反应率R0非常 小不同，反应热本身就可以导致反 应加速，进而发生爆炸； 反应率必须随温度上升 绝大多数稳定分子之间的反应都满 足这一条件；
3
Schvab-Zel’dovich coupling function, S=MWOx /MWF
可以数值求解
T q A t c p WOx
cp F cp Ox RuaT Y0 T T0 Y0 ro S T T0 e q q YF Y0F
: thermal conductivity
自点火的临界条件对应稳态 F-K模型什么样的解？
W mK 不存在稳态解的初始条件
10
• 定义无量纲量
x* x l T*= T Ta
无量纲激活能
1
RuTa Ea
高激活能假设：Ea >>Ru T0
• 无量纲化的能量方程和边界条件为 n 2 d 2T * qc p c0 Al *2 exp * dx Ta T
• F-K理论中的假设
T 1
*
Small temperature measured from ambient temperature
1 exp * exp 1 exp exp .... T
15
• 作业：结合H2-O2爆炸极限讨论一下链式爆炸极限发生的 临界条件/诱导反应时间，链式爆炸极限和热爆炸极限的 区别。
16
How reactive the gases or reactants are (A) What the dimensions of the system involved (l2) The effect of ambient temperature on the system (Ta)
12
无限大平板的F-K系统热平衡方程解析解
• δc is the critical Frank-Kamenetskii parameter = 0.878
13
Bowes (1984)
几何构型
无限大平板，厚度为2r 无限长圆柱，半径为r 短圆柱，半径为r，高为2r 球，半径为r
crit(Bi = )
1.119 1.386 1.778
crit(Bi = )
dT * * dx Bi Tl* 1
x* 1
Bi
hl
l 1h
Biot 数物理含义：对流换热边界 上物质内部导热热阻l/与边界处 对流换热热阻1/h的比值 Biot数的大小与Tl和Ta之间的关系？
•A low Biot number results in Tl not been close to Ta •A high Biot number results in Tl been approximately the same as Ta
• 反应热释放率
u 单位：J/(m3∙s); q单位：J/kg; R单位：mol/(m3∙s); q
h q S T T0 V
可燃气体混 合物，T0
• 气体混合物转移到容器壁的总热流
h 单位：w/(m2∙K) = J/(m2∙K∙s)
体系内温度均匀，不存在 温度梯度，只在壁面上出 现突然的温度跳跃
7
. .
热量损耗率q-,随 温度线性增长 ∝(T-T0) 1.热量生成率q+, 随温度指数增长 ∝ exp(-Ea/温度决 定点火温度
.
.
临界斜率 临界温度 .
点火温度，并非反 应率的奇异点
.
• 热损耗率q-(T)的变化 • 斜率的下降, how? S/V的下降 • 平移，how? 改变容器壁面温度T0