多孔介质发动机有限时间热力学分析.pdfVIP

第48卷第4期 大连理工大学学报 Vd．48，No．4 2O08年7月 ofDalian of JⅡIy2 O O 8 Journal UniversityTechnology 多孔介质发动机有限时间热力学分析 刘宏升， 解茂昭‘， 陈 石 (大连理工大学能源与动力学院。辽宁大连 116024) 摘要：介绍了多孔介质(PM)发动机的工作过程及其PM回热循环的热力学理想模型．用有 限时间热力学方法分析了PM回热循环的性能。导出了考虑传热效率下循环功与效率的关系 及最大功输出时的效率界限．并给出了较详尽的数值计算结果．讨论了与燃烧和传热相关的 参数对功效特性的影响．这对实际多孔介质发动机性能的评估和改进有重要的指导意义． 关键词：多孔介质(PM)发动机；PM回热循环；有限时间热力学分析 文献标志码：A 中图分类号：TK421 O 言 效关系[6|．Chen对标准Otto循环进行了有限时 间热力学分析，得到循环功、效率关系及最大循环 能源危机与环保是人类日益关注的两大焦 功对应的效率界限[7]． 点，随着排放法规的愈加严格，对发动机的排放提 本文以Durst的设计为基础提出理想循环热 出了更高的要求．研究表明，均质压燃(HCCI)模 力学模型．用有限时间热力学分析法对多孔介质 式是实现内燃机超低NO。和颗粒排放的有效途 (PM)发动机内的PM回热循环加以分析，导出考 径，成为发动机领域的研究热点，但目前HCCI技 虑传热效率下循环功与效率的关系、最大功输出 术还面临着预混合气均质形成困难、全工况适应 时的效率界限，通过数值计算分析当量放热量、最 性差及自燃着火速率和燃烧速率缺乏有效控制等 高温度、预胀比等参数对功与效率特性的影响． 困难．基于多孔介质燃烧技术的多孔介质(porous medium，PM)发动机在解决这两大问题上则具有1 多孔介质(PM)发动机循环 明显的优势，同时兼有燃烧稳定、结构紧凑、负荷 1．1 PM发动机的工作过程 调节范围广等特点，已得到各国学者的广泛关 多孔介质发动机包括气缸和PM室两部分． 注[1]．Hanamura设计了一种基于多孔介质燃烧 PM室内装有多孔介质，布置在气缸顶部．通过阀 技术的类似于Stirling发动机的超绝热发动机， 一维数值模拟表明该发动机在转速loor／min、低 门控制PM室的开合，实现PM与气缸内工质之 间的接触、分离．工作过程如图1所示：在上止点 压缩比(2～3)下的效率可达57．5％[21．Weclas研 究了高压燃油喷入PM体内的过程及其蒸发与混 附近，进气阀开放，新鲜空气进入缸内，此时PM 合特性，提出了开发一种智能型发动机的构想[3]． 室阀门保持关闭状态，PM与气缸分离，PM室内 Durst等对多孔介质的燃烧特性做了大量试验，分是已经汽化的燃油蒸气．进气过程及随后的压缩 析了多孔介质孔隙率、热容量、光学厚度等特性参 过程与传统发动机一样．