[发明专利]一种快速压缩机燃烧室热补偿的方法

说明书

本发明公开的一种快速压缩机燃烧室热补偿的方法，在无热补偿情况下使用该散热模型获得设定时间范围内燃烧室由于散热和质量传递导致的压力下降曲线的预测值，并将模型预测值与实验获得的压力曲线测量值进行对比，通过调整散热模型中燃烧室计算单元的换热系数、计算单元数量和时间步长，使模型预测与实验测量结果相同，然后将调整好的参数输入模型在热补偿情况下运行，获得该工况下热补偿需要的活塞运动曲线，根据获得的活塞运动速度曲线对快速压缩机的活塞运动速度进行控制，实现燃烧室核心区散热量补偿的目的；该方法减少快速压缩机燃烧室的热量损失，提高高温高压环境的维持时间，为燃料氧化着火动力学过程的研究提供更为理想的热力学环境。

技术领域

本发明涉及燃烧化学反应动力学实验装置快速压缩机技术领域，具体为一种快速压缩机燃烧室热补偿的方法。

背景技术

快速压缩机通过驱动活塞快速压缩，使燃烧室体积迅速较小，从而实现燃烧室内高温高压热力学环境的快速加载，可用于测试燃料在特定温度和压力下的自着火和氧化分解特性。但是实际使用中由于散热不可避免，通常当活塞停止运动后，燃烧室内的温度和压力会开始下降。不同快速压缩机实验台架由于几何结构和运行参数的不同，实验过程受热损失影响的程度也有明显差异，在此情况下燃料的着火延迟期测量甚至会产生高达一个数量级的偏差，给燃料动力学模型的发展造成不利的影响。

因此，减少RCM测量过程中的热损失，对于不同实验台架测量结果的直接对比，实验数据可靠性的提高以及动力学模型的验证和发展具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种快速压缩机燃烧室热补偿的方法，减少快速压缩机燃烧室的热量损失，提高高温高压环境的维持时间，为燃料氧化着火动力学过程的研究提供更为理想的热力学环境。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种快速压缩机燃烧室热补偿的方法，包括以下步骤：

步骤1、建立快速压缩机的散热模型，散热模型的计算域包括一维的燃烧室计算单元和活塞间隙计算单元，并将燃烧室计算单元划分为多个气体物质的量相等的子单元；

步骤2、确定在燃烧室计算单元中子单元的总体积不变情况下，燃烧室压力由于散热和气体质量传递导致的压力下降的预测曲线；

步骤3、将燃烧室的压力下降的预测曲线与快速压缩机实验测量的压力曲线进行对比，根据实验压力曲线修正散热模型中气体的换热系数、子单元数量和时间步长；

步骤4、将修正后的换热系数、子单元数量和时间步长作为散热模型的输入，在燃烧室各子单元的压力恒定的情况下，确定实现燃烧室热补偿时燃烧室体积变化量；

步骤5、根据燃烧室体积变化量确定燃烧室热补偿时活塞的运动速度曲线，根据活塞运动速度曲线对快速压缩机的活塞运动速度进行控制，完成快速压缩机燃烧室内的热补偿。

优选的，步骤2中压力下降的预测曲线的确定方法如下：

S2.1、根据动量守恒定律确定当前时间步长下燃烧室和活塞间隙的气体的物质的量变化率，以及燃烧室中每个子单元的气体的物质的量变化率；

S2.2、根据燃烧室和活塞间隙的气体的物质的量变化率，以及燃烧室中每个子单元的气体的物质的量变化率，并结合列能量方程和相邻两个子单元的距离，得到当前时间步长下活塞缝隙的温度变化率和燃烧室中每个子单元的温度变化率；

S2.3、根据燃烧室中各子单元的物质的量变化率和温度变化率，对当前时间步长下燃烧室计算单元和活塞间隙计算单元的温度、气体的物质的量进行更新；

S2.4、根据更新后的燃烧室计算单元和活塞间隙计算单元的温度变化率和气体的物质的量变化率，进行无热补偿情况下燃烧室的压力更新，得到当前时间步长下的燃烧室压力；