2.2充入混合气温度对烧缸温度场的影响

　　采用加热2分钟停止2分钟的加热方式缓慢加热燃烧缸，待测量热电偶温度到达100℃时，利用程控软件的控制，将测量热电偶温度稳定在100℃。然后向燃烧缸内充入温200℃， 0.4MPa的高温高压混合气，充气完毕20秒后，记录各测温点温度并填入表2。

　　表2 充入200℃、0.4MPa混合气后各测点温度

Table2 Data of all temperature measuring points with 200℃、0.4MPa mixtures in cylinder 测温点 温度/℃ 1-4 136.9 140.5 134.3 130.7 5-8 139.6 140.1 138.8 128.4 9-12 138.3 139.1 136.8 128.9 13-16 139.8 140.5 135.9 126.4 17-20 134.7 137.2 136.1 126.0 在表2中，每一列数据分别代表每个截面上5个测温点温度数值，每一行数据分别代表每条直线上4个测温点数据。将第二截面上的5个点(即点2、6、10、14、18)温度绘成折线图，如图3a所示，当燃烧缸充入高温高压混合气后，燃烧缸第二个截面上，温度分布非常均匀，每个点温度都在140℃上下波动，其最大温差在3.5℃以内。同样，由表2也可以看出在燃烧缸的其它几个截面上温度分布也是非常均匀。这是由于铠装加热管均匀的缠绕在燃烧缸筒体外部，四周加热非常均匀所致。同时，充入混合气的扰动也会促使燃烧缸温度场分布较为均匀。将同一直线上的4个点(点1、2、3、4、)温度绘成折线图，如图3b所示。可见在燃烧缸轴向上，温度分布较为均匀，燃烧缸中间温度高，两侧温度低，在靠近活塞一端，温度降低不明显，第1点和第2点温度相差3.1℃。靠近燃烧缸缸盖端温度降低明显，第2点和第4点温度相差9.8℃。由表2中可见，其它4条测温直线上同样满足这一温度分布规律。这是因为铠装加热管缠绕在燃烧系统支架上，受设备所限，加热时活塞及活塞环受到了加热，而燃烧缸缸盖却不能受到加热(见图2)。正是燃烧缸缸盖的大量散热，导致燃烧缸缸盖端温度降低较快。此时燃烧缸各测点平均温度为135.6℃，比测量热电偶温度高出35.6℃。

(a)第二截面温度分布图

　　(b)轴向温度分布图

　　图3 充入混合气时各测温点温度

　　Fig.3 Temperature of all measuring points with mixtures in cylinder 保持测量热电偶温度为100℃不变，向燃烧缸内充入温度为120℃，压力为0.4 MPa的混合气，进行重复试验，记录各测温点温度如表3所示。对比表2和表3中数据发现，充入混合气压力相同，温度相差80℃，但是各测温点温度变化不明显，燃烧缸温度场分布情况与前一试验相同。各测点平均温度仅相差0.6℃左右。

　　经过大量的试验验证发现，改变充入混合气温度，各测点温度无明显变化(原因见下节)。燃烧缸温度场分布情况为，在燃烧缸的截面上，温度分布非常均匀;在燃烧缸的轴线上，中间温度高两侧温度低，尤其缸盖一侧温度降低明显，但总体上燃烧缸温度场分布较为均匀。燃烧缸内温度场分布情况只与测量热电偶温度有关。

　　表3 充入120℃0.4Mpa混合气后各测点温度

　　Table3 Data of all temperature measuring points with 120℃、0.3MPa mixtures in cylinder 测温点 温度/℃ 1-4 135.6 140.4 134.2 131.2 5-8 140.2 141.1 138.3 129.6 9-12 135.9 137.2 136.6 127.3 13-16 137.3 139.6 136.3 127.4 17-20 135.7 136.9 134.1 125.6 2.3充入混合气的压力对燃烧缸内平均温度的影响

　　上节讨论了充入高温高压混合气后燃烧缸温度场的分布情况，这里重点讨论充入混合气压力对燃烧缸内平均温度的影响。

采用加热2分钟停止2分钟的加热方式缓慢加热燃烧缸，待测量热电偶温度到达100℃时，利用程控软件的控制，将测量热电偶温度稳定在100℃。向燃烧缸内充入温度为200℃，压力分别为0.2、0.3， 0.4MPa的高温高压混合气，充气完毕20秒后，记录各测温点温度。

　　图4混合气压力对燃烧缸内平均温度的影响

　　Fig.4 combustion cylinder everage temperature to mixture pressure 图4显示了充入混合气压力对燃烧缸内平均温度的影响。从图4可见，充入混合气的压力由0.2MPa变化到0.4MPa，燃烧缸内平均温度变化很小，均在135℃上下波动，温差不到1℃。

　　由此可见，充入高温高压混合气后，燃烧缸内温度场的分布情况与所充入混合气的温度和压力关系不大。这主要是因为燃烧系统支架、缸套，活塞以及缸盖具有很大热容，由于充入混合气在燃烧缸内停留了20秒的时间，混合气与缸壁进行了充分的热交换，所以相对温度较低的混合气进入后，它会起到加热混合气的作用;相对较高温度混合气进入后，它又能对混合气进行冷却。可见，正是由于快速压缩机主燃烧系统的特殊性导致燃烧缸温度场受充入混合气的温度和压力影响很小，但试验中亦发现燃烧缸的平均温度仅受到测量热电偶温度的影响，需要进一步找到缸内平均温度与测量热电偶读数间的关系。

　　综合上述试验可知，在进行压缩试验时，可以认为充入高温高压混合气后，燃烧缸内温度场较为均匀，可以用燃烧缸内平均温度代表未燃混合气的进气温度。 3测量热电偶温度与缸内平均温度间的关系快速压缩机进行压缩试验时，活塞处于运动状态，燃烧缸内无法布置热电偶，燃烧缸内平均温度无法获取。只能依靠安装在缸盖上的测量热电偶来反映缸内平均温度。因此，有必要通过试验研究找到燃烧缸平均温度与缸盖上测量热电偶读数的关系。

　　3.1缸内平均温度拟合函数的获取

　　通过大量的实验研究发现，当缸盖上热电偶温度低于50℃时，快速压缩机无法实现压缩着火。因此需要解决问题的重点为缸盖上热电偶读数大于50℃时，其读数与燃烧缸平均温度之间的关系。

　　试验中，采用加热2分钟停止2分钟的加热方式缓慢加热燃烧缸，待测量热电偶温度到达预设温度时，利用程控软件的控制，将测量热电偶温度稳定在预设温度，向燃烧缸充入不同温度混合气，充气结束20秒后，记录缸盖上测量热电偶读数及各测温点温度，计算出缸内平均温度并列表如表4所示。

　　表4热电偶读数与燃烧缸平均温度间的关系

　　Table4 the thermocouple indications and combustion cylinder average temperature i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 测量热电偶读数t (℃) 50 60 70 80 90 100 110 120 130 燃烧缸内平均温度T(℃) 54.2 70.2 88.6 99.9 115.4 135.0 148.8 163.0 178.3 画出热电偶读数与燃烧缸平均温度关系的散点图如图7所示，并采用最小二乘法拟合曲线。

　　由图7可见，测得的数据接近一条直线，令拟合函数关系式如式1。

(1)

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