进气道喷射氢内燃机回火产生的机理与控制方法研究

对于进气道喷射的氢内燃机，回火现象就是氢混合气在进气道内非正常燃烧。本项目拟在氢内燃机进气道喷射边界条件下：(1)揭示氢混合气稀燃极限分布变化机理以及设计参数与运行参数对其的影响过程；(2)探明缸内温度、浓度、速度各物理场的相互关系以及对回火现象的耦合作用机理；(3)提出氢内燃机回火现象的计算模型，并提出有效的预测和控制方法。.制定的部分研究方案如下：在进气道实验台上建立可视化模拟进气道并加装电子控制进气门，结合光学发动机利用PIV技术、彩色CCD测温法、纹影法等测试手段及CFD计算分析方法，揭示氢燃料混合气的形成机理以及缸内速度、浓度等物理场的分布特性；在前人的基础上建立回火仿真模型用来预测和评估回火控制方法。这些研究旨在探索氢混合气稀燃极限的形成及其分布规律、揭示特定条件下氢混合气的燃烧机理，为氢内燃机消除回火提供理论支持。

相对于汽油而言，氢气具有可燃范围宽广、点火能量低等特点，因此回火现象在进气道喷射式氢内燃机较汽油机中更易发生。本项目为研究进气道喷射氢内燃机回火产生的机理与控制方法，从以下三个方面进行分析：1）本项目搭建了进气道喷射式氢内燃机试验平台与仿真平台，通过分析台架试验结果与仿真计算结果，总结得出结构设计参数与运转参数对氢气空气混合气在进气道中的温度场、速度场、浓度场的影响机理；2）本项目开发了中心点火式定容燃烧模拟试验平台、顶置点火式定容燃烧模拟试验平台以及诱发湍流定容燃烧模拟试验平台，通过分析在不同定容燃烧模拟装置中氢气空气混合气的温度场、速度场、浓度场等各物理场的分布情况，得出不同点火位置下各物理场对氢气空气预混燃烧特性的影响规律以及当量燃空比与初始压力对最小点火能量的影响规律，同时，本项目采用CHEMKIN-PRO模拟计算氢气层流燃烧的火焰结构和燃烧速度，通过本部分分析可探明火源与缸内物理场的相互关系；3）本项目根据上述理论研究和试验数据分析结果，对影响回火现象的各个物理量进行权重分析，探究氢内燃机在不同负荷工况下回火发生的机理，提出不同转速和负荷工况时避免发生回火现象的喷氢正时预测，并且此预测模型经过氢内燃机试验台架试验证明该无回火控制策略有效。本项目研究为进气道喷射式氢内燃机无回火运行喷氢正时控制策略提出理论依据，提高进气道喷射式氢内燃机的安全性、动力性、经济性。