卢弘博, 姚清河

(中山大学航空航天学院,广东广州 510275)

引 言

与传统燃料相比,尽管氢气在储存和运输环节存在较大的安全隐患[1],然而将其作为发动机主要燃料仍然有诸多不可忽视的优点,例如提高发动机燃料经济性、易于燃烧、降低点火能耗等[2-4],最重要的是,氢的燃烧产物是水并且没有碳排放[5-6].尽管根据Carnot定理,氢气燃烧的能量效率低于燃料电池中氢的电化学反应,但是氢燃料仍然具有较高的研究价值,因为采用传统汽油或柴油发动机的结构可以轻易地支持氢燃料的燃烧[7-8].此外,燃料电池通常需要复杂的辅助系统,如增湿器、蒸汽转化器、加热系统和电控设备来支持其运行,其建造和维护成本较高[9-11],因此,许多汽车制造商都在大力推动车用氢气发动机的发展[12-15],包括东京城市大学1974年推出的“武藏系列”、福特的“E-450穿梭巴士”和宝马的“Hydrogen 7”[16].然而,与传统内燃机相比,氢气发动机在发展过程中遇到了不同的问题,例如发动机内部温度通常会增加40%,NO排放量增加,发动机剧烈振动和稳定性降低等,这些问题降低了乘坐的舒适性,并缩短了发动机部件的寿命.出现这些问题的原因很简单,因为单位体积氢气的燃烧会比大多数常规燃料释放更高的能量[17-18].

注水燃烧的方式能有效降低发动机气缸的燃烧温度,减少尾气中NO的排放,同时提高发动机的能效,近年来在汽油和柴油发动机中得到了广泛的应用[19-22].关于这方面的研究,由于活塞发动机内部……