梁兴湖 邓俊 郑雷 金少也 李理光

（同济大学，上海 201804）

主题词：氢燃料 氩气动力循环发动机 热力学计算 效率 传热

1 前言

氩气动力循环发动机（简称氩气循环发动机）是发动机的高效零排放发展方向之一[1]。1978 年，Laumann等[2]提出氩气循环发动机的概念，该发动机以氢气为燃料，进气为氩氧混合气而非空气，燃烧后将水蒸气冷凝去除，氩气回收利用。1980 年，Boer 等[3]对点燃式氩气循环发动机进行了试验；1982 年，Ikegami 等[4]对压燃式氩气循环发动机进行了试验，二者都实现了约50%的指示热效率，但均未实现氩气的循环利用；2010年，Kuroki等[5]实现了氩气循环发动机40 min的闭式循环运行。

氩气是单原子气体，比热比高且基本不受温度影响，能提高奥托循环效率，但氩气也使得缸内温度更高，进而缩短末端混合气的滞燃期而使爆震更严重。Killingsworth 等[6]试验对比了空气和氩氧氛围下的氢燃料发动机，在相同稀释比条件下，空气氛围下的点火时刻不受爆震限制，而氩氧氛围下的点火时刻则受爆震限制，尽管如此，氩氧氛围下的热效率仍更高。邓俊等[7]对天然气氩气循环发动机进行了试验，结果表明，提高氩气比例能有效抑制爆震。Jan等[8]发现，降低进气温度能将甲烷燃料氩气循环发动机的压缩比从8 提高到12。传热损失也是限制氩气循环发动机热效率改善的重要因素。Elkhazraji 等[9]对甲烷燃料氩气循环发动机进行试验分析，在过量氧气系数大于4 时，其传热损失仍大于20%。相关计算也表明，绝热能使氩气循环发动机的指示热效率从48%提高至59.3%[6]。……