摘 要

近年来，内燃机燃料的清洁、高效燃烧是社会及研究者们关心研究的问题。在实验研究中，通过改变燃料的组分、燃料与反应气体的结合方式、反应场所、氧化剂温度和氧化剂组分等因素，观察火焰结构形态以及燃烧产物等现象可以得出燃料燃烧效果。通过对不同实验条件下所反映出的实验现象的研究，可以探究出影响燃烧效率和燃烧产物的因素，从而得到燃料高效洁净燃烧的方式。本文利用SolidWorks软件设计出一种用于层流预混滞止燃烧的对冲火焰燃烧器，燃烧器包括预混装置、气体喷射装置。首先根据实验要求确定燃烧器外形结构，进一步通过设计计算确定每个组成部分各零部件。本文还设计了用于高沸点燃料燃烧的对冲扩散火焰燃烧器及其燃料供给系统。该燃烧器系统所涵盖的燃料使用范围十分广泛，所适合的实验条件可以涉及大部分燃料燃烧重要的影响因素，对日后的研究提供很大的帮助。

关键词：滞止火焰；对冲扩散火焰；燃烧；燃料池；碳烟

Abstract

In recent years, the clean and efficient combustion of internal combustion engine fuel has been a concern of the society and researchers. In the experimental study, the flame structure and combustion products are different by exchanging fuel component, the combination of fuel and oxidant, the temperature of oxidant, and the formation of the oxidant, which can draw a conclusion the fuel combustion effect. Through the study of the phenomenon, the factors that affect the combustion can be derived, and the approach of fuel efficient clean combustion can be obtained. In this paper, both the oxidant temperature and the fuel component are used as independent variable. In order to meet the experimental requirements, this paper uses SolidWorks software to design a counterflow flame burner for laminar premixed stagnation combustion which includes premixing device and gas injection device. First, according to the experiment requirements to determine the shape of the burner structure, and further determine the design of each component parts. In the meantime, a counterflow diffusion flame burner for high-boiling fuel combustion and its fuel supply system were designed. A broad of fuels were covered by the burner system, and the installed experimental conditions can involve most of the important factors of fuel combustion, which will provide great help for future research.

Key words: stagnation flame; counterflow diffusion flame; combustion; fuel pool; soot

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究目的 2

1.3国内外研究现状 2

1.4本文主要设计内容 3

1.4.1主要研究步骤 3

1.4.2主要章节概述 3

第2章 层流预混滞止火焰燃烧器总体设计 4

2.1气体喷射器设计 4

2.1.1喷射器材料的选择 4

2.1.2喷射器结构设计 5

2.2气体预混装置设计 7

2.2.1气体预混装置材料的选择 7

2.2.2气体预混装置结构设计 7

2.3燃烧器连接体设计 8

2.3.1 O型圈设计 9

2.3.2连接体结构设计 9

2.4燃烧器总体装配 11

2.5本章小结 11

第3章燃料池总体设计 13

3.1 对冲扩散火焰概述 13

3.2燃料池及其底座参数设计 14

3.2.1燃料池结构的设计 14

3.2.2燃料池底座的设计 14

3.3测温元件的选择 15

3.3.1铠装热电阻温度测量仪 15

3.4.2K型热电偶 16

3.4.3测温元件的安装 16

3.5本章小结 17

第4章 燃料供给系统设计 18

4.1液面指示油箱 18

4.2补给注射油泵 19

4.3本章小结 19

第5章 总结 21

5.1本文主要的研究成果 21

5.2展望 21

参考文献 22

致 谢 24

附 录 25

附录A 气体喷射器零件图 25

附录B 整体设计装配图 27

第1章 绪论

1.1研究背景

目前全球汽车保有量规模庞大，其中中国作为世界汽车生产量和销量大国，汽车保有量早已超过1亿辆。国内车辆的燃油消耗量每年都在1亿吨左右，在我国石油总消耗量中占不小的比重，而这项数据也会随着汽车保有量的增长越来越高。基于当今技术问题，燃油作为汽车的主要动力来源，短时间内仍不能被全面取代。近年来，环境和能源问题一直是人类十分关注的问题，燃油的燃烧与排放是能源消耗和环境污染的主要来源之一，汽车的节能减排迫在眉睫。在我国所提出的“可持续发展”战略中，节能减排是国家和社会一直高度重视的问题，而实现内燃机的燃烧与排放控制是节能减排战略的重要一环。深入开发内燃机替代燃料，深度研究燃烧过程中组分的化学和物理上的变化，切实掌握内燃机燃料燃烧时污染产物的生成过程以及生成机理是实现我国内燃机技术领域原始创新的核心和基础。因而，如何从根源上实现内燃机的高效、洁净燃烧成为近年来研究者们着力研究的课题。

碳氢燃料燃烧时产生的碳烟排放对人体健康和环境均产生不利影响，特别是直径在纳米数量级的烟尘颗粒更加危害人类健康，因为他们能够穿透人体肺组织并进入血液循环系统^{[1, 2]}；在环境方面，笼罩着极地上空的烟尘会改变极地地区的表面折射率从而对气候变化产生影响^[3]。另外，烟尘在燃烧源的生成物中空气动力学直径小于10微米的颗粒物称为PM10，这种颗粒物可以通过口鼻进去人体呼吸道，因此有可称为可吸入颗粒物^[4]，美国EPA和一些研究机构在上世纪八、九十年代进行了流行病学研究，发现PM10是城市中影响人类健康最重要的空气污染物，其浓度变化与住院病人数、急诊数、慢性病发病率、呼吸道疾病、死亡率及儿童发育有较强的相关性。中国预防医学科学院环境卫生工程研究所也进行了长期系统的研究，同样发现其与人类健康密切的相关性，许多国家已经制定了针对空气中PM10的防止标准。我国也建立了主要城市PM10的污染预报制度^[5]。