快速压缩机实验室

清华大学汽车安全与节能国家重点实验室

       

为了实现节能减排的目标,高效内燃机需要面对的主要问题包括燃烧过程的组织和爆震的抑制,以获得稳定、快速、清洁的燃烧。其中的主要科学问题则是化学反应、激波、湍流以及各因素的相互作用。

快速压缩机实验室隶属于清华大学汽车系汽车节能与安全国家重点实验室,拥有世界一流的可视化快速压缩机,由于其对发动机工况良好的复现以及对复杂问题的降维和解耦,既能解决实际发动机问题,也能针对基础燃烧开展研究。同时,快速压缩机灵活性强,能适应宽温度压力范围,可以配套压力传感、可视化、组分采集等多种检测手段,还能外接一维爆震腔、飞行时间质谱等设备,拓宽研究领域。本实验室主要从事的研究既有基础理论,包括:

       1)化学反应动力学机理的开发和验证;

       2)受限空间内爆燃转爆轰的动力学过程解析;

       3)单液滴蒸发与着火模型开发。

也有基于工程需求的实际问题,包括:

      1)耦合化学反应机理的三维CFD模拟发动机的燃烧与排放;

      2)发动机爆震检测与抑制方法;

      3)颗粒物与机油诱发早燃的机理;

      4)燃料设计与新型燃烧模式。

自2013年快速压缩机实验平台成功搭建以来,已经承担并完成了包括国家自然科学基金重点项目及面上项目、863、973等多个科研项目的研究,还与美国通用汽车、康明斯、雅富顿等多家企业开展了国际合作,已发表被SCI检索论文20余篇,被EI检索论文10余篇。在爆震领域,更是突破性地首次揭示了发动机超级爆震本质是爆轰燃烧,因此受邀撰写了综述文章,为解决爆震难题提供了明确的方向。

超级爆震(Deto-Knock)

直喷增压小排量是汽油机节油有效途径。但随着增压比提高(负荷增大至20bar以上平均有效压力BMEP时),出现了新的敲缸模式,极具破坏性,瞬时缸内压力甚至超过400bar,德国大众VW(2005)称为Unwanted Pre-ignition (不希望的早燃),奥地利AVL(2009)称为Mega Knock (大爆震), 英国Shell (2009)年称之为Super-knock(超爆),美国西南研究院SWRI (2011)称为LSPI(低速早燃),  清华大学(2006)中称之为 “超级爆震”(因超级爆震压力震幅△p>5.0MPa,超过常规爆震1~2个数量级以上, 因此我们在国家863课题2006年度报告把它叫做“”),但当时国际上对其燃烧机理不明确。本项目研究团队一直致力于超级爆震研究,到2013年通过光学诊断发现了“超级爆震中存在爆轰(Detonation)”,将超级爆震的英文正式命名为“”,发表在“发动机研究”国际知名期刊上(IJER 2...

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