基于火焰离子检测的燃烧实时诊断方法多场耦合研究

【作者】 董光宇； 李理光； 冯志炜； 陆海峰；

【机构】 同济大学汽车学院；

【摘要】 在未来高效发动机上,压缩比的提高将成为一个普遍的趋势。由此引发的爆震及超级爆震等极限工况非正常燃烧现象,使得基于火焰离子检测的发动机实时燃烧诊断方法日益引起重视[1-4]。为了解火焰离子电流的生成机理,本研究在一台高压定容燃烧弹上对甲烷火焰展开了试验及数值模拟研究。在试验中,通过高速纹影系统捕捉火焰前锋面并计算火焰速度,离子电流检测电路则实时记录弹体内部的电流波形。而在数值模拟中,本文构建了一个耦合流场-化学场-电场的火焰离子电流CFD模型。在此模型中,电场对火焰内部离子的影响具体体现在:1)电场力导致的带电组分的迁移运动[5];2)电场环境下电子迁移率的改变[6]。通过理论计算,两种电场效应得以统一,使得火焰内部的电子及特征阳离子浓度与测量所得的离子电流信号具有较好的线性对应关系。而基于本CFD模型,计算结果成功复现了火焰等离子体的双极扩散(ambipolar diffusion)现象,并以此解释了试验中电子分布规律对信号波形影响的成因。更多还原