内燃机工程

作者：刘龙,李航,楚为盛,骆洪亮,连欢,郭冬妮,陈泽彬,李华杰

单位：哈尔滨工程大学 动力与能源工程学院,哈尔滨 150001,哈尔滨工程大学 动力与能源工程学院,哈尔滨 150001,哈尔滨工程大学 动力与能源工程学院,哈尔滨 150001,哈尔滨工程大学 动力与能源工程学院,哈尔滨 150001,中国科学院力学研究所,北京 100190,中国科学院力学研究所,北京 100190,广州柴油机厂股份有限公司,广州 510145,92118部队,舟山 316000

关键词：空间在轨,氢氧燃烧,内燃机,直喷射流,燃烧控制,

基金：先进船舶发动机技术全国重点实验室基金项目（LAB-2023-01）；石油天然气装备教育部重点实验室（西南石油大学）资助项目（OGE202302-04）；中央高校基本科研业务费资助项目（3072023CFJ0304）

基于CONVERGE仿真平台，通过改进美国阿贡国家实验室的光学氢发动机仿真模型分别研究了直喷氢（direct injection-H2， DI-H2）和直喷氧（direct injection-O2， DI-O2）两种模式下氢氧内燃机缸内燃烧特性。首先针对DI-H2模式，通过控制氢气喷射质量流量，研究不同氧气当量比（Φ）0.33、0.10、0.08下缸内混合程度、燃烧可控性及输出功率，并与DI-O2模式Φ=8.00的富燃环境下缸内燃烧特性进行对比。研究工作针对缸内氢氧混合均匀程度、燃烧可控性及内燃机输出功率进行系统分析。研究结果表明：在DI-H2模式下，Φ=0.33时，燃料急速燃烧出现失控风险，缸内最高燃烧压力已超过10.0 MPa；Φ=0.08时，虽然燃烧可控，但由于稀薄燃烧，缸内燃料混合程度低且输出功率不满足低温流体集成（integrated vehicle fluids， IVF）系统2 kW要求。当Φ=0.10时，既能满足发动机缸内燃气混合均匀与燃烧可控的需求，同时也能满足IVF系统对于内燃机功率输出的要求。考虑到缸内温度和压力承受极限，适合小型发动机工作的氧气当量比应在0.10左右。而在DI-O2模式下，由于缸内富燃使得燃烧可控，缸内混合程度Φ=8.00与DI-H2模式下Φ=0.33时相当，最高燃烧压力低于5.0 MPa，最高温度低于1 500 K，输出功率2.26 kW也符合设计要求。该模式具备较大潜力，也是未来空间在轨氢氧内燃机可选的燃烧模式之一。

来源：2024年第6期

《内燃机工程》期刊编辑部

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