科创中国

高新技术改造传统产业

面向混动专用汽油机稀薄燃烧超高热效率的需求，针对传统火花塞点燃稀薄混合气范围小和火焰传播速度慢的难题，本项目提出了燃料属性与主动预燃室湍流射流火焰协同引燃来扩大汽油机稀燃极限和控制爆震的高性能燃料设计与验证研究。区别于汽油机常规运行工况和lambda＜***的稀燃工况，本项目针对强滚流超稀薄混合气（lambda＞***）工况，拟采用光学诊断、数值模拟和发动机实验等方法，优化配置高性能汽油及其替代燃料3~5种，探究掺混不同燃料组分的喷雾混合特性，揭示不同燃油组分对火焰传播速度和稀燃极限的影响，发展高性能汽油替代物化学反应动力学简化机理，建立和完善增压超稀燃工况下高性能燃料辛烷值和抗爆性评价方法；研究不同燃料属性下主动预燃室湍流射流火焰演变机制及关键影响参数，提出燃料理化特性与湍流射流火焰协同引燃技术实现超稀薄燃烧和超高热效率的控制策略。本研究对于丰富和发展高性能燃料设计、超稀薄燃烧理论，促进我国石油加工产业升级和混动专用高效汽油机自主研发具有重要的学术价值和工程指导意义。

实际汽油组分和燃烧过程十分复杂。以往研究多针对汽油机常规运行工况和lambda＜***的稀燃工况，关注的是单组分燃料温度或浓度分层对混合气着火及火焰传播的影响。CFR发动机测试辛烷值时的缸内环境和高强化增压混动专用发动机发生自燃时缸内环境有差异。在汽油机强滚流超稀薄燃烧（lambda＞***）条件下，缸内充量密度增加，温度降低，不同燃油组分涉及不同物理过程和化学反应机理（低温氧化放热和负温度系数），组分场、浓度场和温度场的不均匀分布对点燃着火、火焰传播及爆震边界有显著影响。因此，面向强滚流超稀薄混合气（lambda＞***）条件配置不同辛烷值敏感性的多组分高性能燃料是本项目特色。

研究团队长期从事发动机高效清洁燃烧研究，在喷雾混合、火焰特性、燃烧控制和可视化光学测量等方面有很好技术积累，能够保证本项目研究工作的顺利开展。 天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室是本项目依托单位，具备开展课题研究所需的实验仪器和测试平台。在光学诊断基础研究方面，具备边界参数灵活可调的高温高压定容燃烧弹、高压共轨燃油喷射系统、光学发动机，高速摄像机、纹影仪系统、PLIF平面激光诱导荧光试验系统、Nd: YAG激光器、可调谐染料激光器、快速ICCD相机等齐全的测试设备。实验室拥有一台安装主动预燃室的混动专用热力学单缸机，其压缩比和气门升程连续可调，可以开展不同转速和负荷复杂边界条件下发动机试验研究。在多维数值模拟方面，实验室具备高性能计算服务器节点30余个，与国家超级计算天津中心签订了天河一号超级计算机租赁使用协议，具备CONVERGE、OpenFOAM、Chemkin等CFD模拟软件与化学动力学开源程序，可用于雾化混合、湍流燃烧、化学反应机理的数值模拟研究。

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