2）壳体内部传热方式除传导外，由于塑壳断路器内部空间较大，需考虑对流。图5-11 塑壳断路器外壳内外侧热传递机理4）接线端和连接导线作为边界条件处理，采用5.5节中方法。研究的塑壳断路器有三个极，每个极之间用绝缘板隔开，仿真中仅一次取一个极进行计算，所以不同的极有不同的边界条件，对中间极假定没有热的传递至两侧的极，因而设中间相对两边相的传热也即取α=0。图5-12 100A塑壳断路器仿真和实测值对比......
2023-06-15
探究燃烧中的热发生率和特性
【摘要】：通过热发生率可以得知燃烧特性。如图6-46所示，从图中可以得知，汽油机的热发生率表现为右直角三角形（⊿）形态。对此，柴油机的热发生率是因着火延迟期间中活性化的混合气自着火开始燃烧，因而初期热发生率较大，在主燃烧期间后因形成单纯的扩散火焰，氧气浓度的减少和温度、压力的降低，使其表现为与汽油机完全不同的左直角三角形（）形态。
柴油机的燃烧会受到如上所述的着火延迟、喷射率、空气涡流等很多因素的影响，因而相当复杂。通过热发生率可以得知燃烧特性。热发生率定义为单位角度的热发生量，以dq/dθ（kJ/kg空气℃A）表示。
Q-W=ΔU
利用理想气体状态方程pV=RT消除上式中的燃油质量m和dT/dθ，可以改写为
式中，如果假设cv、R，并利用示功图求出压力p，可以计算热发生率。
图6-45所示为燃烧室容积为1000mL、燃油喷射量为20mL、喷油器直径为0.35mm、喷射压力为175个大气压的单气缸压缩模型发动机，改变空气压力和空气流动状态时的压力变化，以及随压力而变化的热发生率。表6-7显示了单气缸压缩模型发动机的规格。
图6-45 容器内随空气流动状态的变化
Ⅰ为着火延迟期间τz比喷射时间τi长（τz>τi）的状态，压力上升斜率大，如同在热发生曲线中所表示燃烧期间短。进行无烟燃烧。
Ⅱ为τz<τi的状态，因喷射与燃烧重叠，压力急剧上升的期间短，燃烧期间长，会增加炭烟生成量。
Ⅲ为空气的流动形成不规则湍流的状态，着火延迟期间较短，压力平稳上升，因此热发生率很小，并且燃烧时间很长。
表6-7 单气缸压缩模型发动机规格
Ⅳ为空气的流动形成圆周速度为90m/s涡流的状态，不仅着火延迟期间较短，而且压力急剧上升，燃烧时间短，并且进行完全燃烧。
汽油机中不规则的湍流有助于火焰的传播，但柴油机中这样的湍流不起如此作用的原因可以在图中Ⅲ明确得知。Ⅳ的状态，是有规律的空气流（或涡流）带走粒径周围的燃烧废气，并持续供给新鲜空气，因此有助于促进燃烧。此外在着火延迟期间中也能促进混合气的形成，因而压力会急剧上升。
汽油机的正常燃烧是火焰平稳传播，因而热发生率小，并随火焰的扩散而增加，后期传播到压缩的混合气中，热发生率更进一步增加后急剧减小。除了燃烧界限附近的混合气，后燃期间较短。如图6-46所示，从图中可以得知，汽油机的热发生率表现为右直角三角形（⊿）形态。
对此，柴油机的热发生率是因着火延迟期间中活性化的混合气自着火开始燃烧，因而初期热发生率较大，在主燃烧期间后因形成单纯的扩散火焰，氧气浓度的减少和温度、压力的降低，使其表现为与汽油机完全不同的左直角三角形（
）形态。
图6-47所示为多种形态热发生率相关压力上升和理论热效率ηth的计算结果。图中最上部为左直角三角形（
）形态，是压燃式发动机代表性的热发生率形态，热效率约为52.9%，最高压力和压力上升率也较大。在燃烧最高压力和压力上升率较小的热发生率形态中，理论热效率较低。因此，在实用方面需要找到折中点。等边三角形（△）形态热发生率因热效率降低，因此表现为较低的压力。无论哪一种热发生率从上止点开始持续40℃A期间，如果移动热发生，就获得图6-48所示的不同结果。可以得知，即使热发生率相同，随放热时期的不同，最高压力会有相当大的变化。
图6-46 柴油机与汽油机的热发生率比较
图6-47 随热发生率时期的燃烧压力
图6-48 热发生率对理论热效率和压力上升的影响
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