石秀勇，王 禹，倪計(jì)民，王琦瑋

（同濟(jì)大學(xué) 汽車(chē)學(xué)院，上海 201804）

多孔介質(zhì)（porous medium，PM）本身具有熱傳導(dǎo)性好、孔隙率大、比熱極高及比表面積大等特點(diǎn).而借助于多孔介質(zhì)的超絕熱燃燒在一些研究中被發(fā)現(xiàn)具有高效低污染的特點(diǎn).基于多孔介質(zhì)的發(fā)動(dòng)機(jī)（PM發(fā)動(dòng)機(jī)），能夠利用多孔介質(zhì)的特性在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部混合氣形成、燃燒及膨脹做功等過(guò)程實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和再循環(huán)以達(dá)到節(jié)能減排的效果.其可能具有的種種優(yōu)勢(shì)，已引起各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注.

多孔介質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)源于1874年Hirsc描述的一種Stirling發(fā)動(dòng)機(jī)［1］，其把蓄熱器放在燃料和空氣進(jìn)入燃燒室的前部，用來(lái)預(yù)熱混合氣；之后，F(xiàn)errenberg等人［2］提出了新的回?zé)崾絻?nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)；1995年，日本歧阜大學(xué)的Katsunori和Kiyoshi［3］提出了超絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)的概念，并試制出一臺(tái)樣機(jī)；2001年和 2004 年，德 國(guó) Erlangen 大 學(xué) 的 Durst［4］和Weclas［5］等人提出具有現(xiàn)代意義的多孔介質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案，即經(jīng)典的閉式PM發(fā)動(dòng)機(jī)和開(kāi)式PM發(fā)動(dòng)機(jī).

然而，迄今為止的國(guó)內(nèi)外研究主要集中于PM汽油機(jī)的理論Otto循環(huán)，針對(duì)PM低速柴油機(jī)的理論Diesel循環(huán)和PM高速柴油機(jī)的混合熱力循環(huán)缺乏足夠的推導(dǎo)與研究.基于此，本文主要對(duì)PM發(fā)動(dòng)機(jī)的混合熱力循環(huán)進(jìn)行理論研究和公式推導(dǎo)，并分析討論閉式和開(kāi)式PM發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)的關(guān)系.通過(guò)模擬計(jì)算，重點(diǎn)分析比較傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)和閉式PM發(fā)動(dòng)機(jī)在熱效率、循環(huán)功等方面的優(yōu)劣及其與各參數(shù)之間的變化關(guān)系，并探討適合采用多孔介質(zhì)技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型，為今后研究各類(lèi)PM發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)選取、方案設(shè)計(jì)等奠定基礎(chǔ).

1 PM發(fā)動(dòng)機(jī)概述

1.1 超絕熱燃燒基本原理

絕熱過(guò)程是指熱力學(xué)系統(tǒng)始終不與外界交換熱量，即Q＝0的過(guò)程.而超絕熱燃燒相比絕熱過(guò)程顯然是一種更極端的熱力學(xué)變化.20世紀(jì)70年代，英國(guó)科學(xué)家Weinberg［6］提出了超絕熱燃燒的概念，即超絕熱燃燒是指在燃燒過(guò)程中沒(méi)有熱量損失的理想燃燒并從理論上預(yù)言，如果能把熱量盡可能地從熱的產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到冷的反應(yīng)物流中去，超絕熱燃燒有可能實(shí)現(xiàn).本文所述的超絕熱燃燒是指通過(guò)多孔介質(zhì)取代發(fā)動(dòng)機(jī)自由空間，利用其相對(duì)于氣體而言強(qiáng)大得多的蓄熱功能和輻射特性，實(shí)現(xiàn)熱量反饋，將燃燒產(chǎn)生的熱量以及尾氣中的余熱反作用于預(yù)混合氣中使燃燒反應(yīng)增強(qiáng).在忽略對(duì)外損失的情況下，其火焰溫度可以超過(guò)未經(jīng)預(yù)熱的混合氣的絕熱火焰溫度，故稱(chēng)此為超絕熱燃燒［7］.嚴(yán)格意義上的“超絕熱燃燒”是難以實(shí)現(xiàn)及不確切的，本文的超絕熱燃燒是因?yàn)閲?guó)際學(xué)術(shù)界已接受了該稱(chēng)謂，故而沿用.

1.2 PM發(fā)動(dòng)機(jī)概述

現(xiàn)代最經(jīng)典的兩類(lèi)PM發(fā)動(dòng)機(jī)方案主要是閉式和開(kāi)式PM發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案.

圖1所示的閉式PM發(fā)動(dòng)機(jī)中，多孔介質(zhì)與氣缸保持周期性接觸，它由閥門(mén)控制多孔介質(zhì)與氣缸接觸與否.每次循環(huán)，多孔介質(zhì)燃燒室閥門(mén)開(kāi)啟、關(guān)閉各一次（壓縮末期（TDC）前開(kāi)，膨脹末期（BDC）前關(guān)）.壓縮行程末期閥門(mén)開(kāi)啟，空氣進(jìn)入PM進(jìn)行預(yù)熱.TDC附近燃油混合氣主要集中在PM室內(nèi)，可認(rèn)為燃燒完全發(fā)生在PM室內(nèi)，因PM熱容很大，存儲(chǔ)了大量熱量，可保持燃燒過(guò)程溫度近似不變，因此燃燒過(guò)程可近似為等溫吸熱過(guò)程.工質(zhì)燃燒放熱一部分做功，另一部分儲(chǔ)存到PM內(nèi)，以供給下次循環(huán)新空氣預(yù)熱、燃油汽化.

圖1 閉式PM發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖Fig.1 Sketch of the closed PM engine

圖2所示的開(kāi)式PM發(fā)動(dòng)機(jī)中，多孔介質(zhì)安裝在氣缸頂部，與氣缸始終保持著耦合狀態(tài)，其工作過(guò)程與普通發(fā)動(dòng)機(jī)相同.在壓縮前期，由于整個(gè)燃燒室空間相比壓縮后期空間大，空氣較少且分布均勻，多孔介質(zhì)燃燒室內(nèi)氣體比較少，對(duì)缸內(nèi)工質(zhì)的影響很小，此時(shí)的熱力學(xué)變化可以被看成是一種絕熱過(guò)程.隨著壓縮過(guò)程的進(jìn)行，多孔介質(zhì)燃燒室內(nèi)空氣增多，氣體受多孔介質(zhì)影響增大，在絕熱壓縮的同時(shí)吸收熱量，絕熱過(guò)程被破壞，此時(shí)的熱力學(xué)狀態(tài)可以被認(rèn)為是一種多變過(guò)程.

圖2 開(kāi)式PM發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖Fig.2 Sketch of the open PM engine

2 PM發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力學(xué)分析

2.1 PM發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力學(xué)模型

由于引入多孔介質(zhì)燃燒室對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能有著決定性的影響，因此本文建立的多孔介質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)理想循環(huán)熱力學(xué)模型假設(shè)如下：

（1）將工作循環(huán)的工質(zhì)視為理想氣體，在整個(gè)循環(huán)中的物理及化學(xué)性質(zhì)不變.

（2）多孔介質(zhì)的熱容相對(duì)氣體極大，二者在進(jìn)行熱交換過(guò)程中，多孔介質(zhì)燃燒室的溫度不變，且多孔介質(zhì)燃燒室內(nèi)部的換熱過(guò)程在瞬間完成.

（3）不考慮實(shí)際存在的工質(zhì)更換及泄漏損失，工質(zhì)總質(zhì)量始終保持不變，忽略進(jìn)、排氣流動(dòng)損失及其影響.

（4）忽略缸壁、多孔介質(zhì)室側(cè)壁及活塞等部件的換熱損失，在無(wú)多孔介質(zhì)回?zé)岬那闆r下，壓縮和膨脹過(guò)程與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)相似，可視為絕熱過(guò)程.

（5）多孔介質(zhì)室體積遠(yuǎn)小于氣缸最大體積，本文中認(rèn)為其是完全固相的，因此忽略多孔介質(zhì)室內(nèi)孔隙的體積，且閥門(mén)開(kāi)閉時(shí)不影響氣缸總?cè)莘e.

基于上述假設(shè)，下文主要采用熱力學(xué)第一定律，以循環(huán)功和熱效率為指標(biāo)，對(duì)幾種PM發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)特性加以研究.

2.2 閉式PM發(fā)動(dòng)機(jī)熱力學(xué)分析

在3種閉式PM發(fā)動(dòng)機(jī)（汽油機(jī)，低速柴油機(jī)，高速柴油機(jī)）中，本文重點(diǎn)推導(dǎo)閉式PM高速柴油機(jī)在理想循環(huán)下的熱力學(xué)過(guò)程，因?yàn)殚]式PM高速柴油機(jī)的熱力循環(huán)是混合循環(huán)，同時(shí)具有汽油機(jī)和低速柴油機(jī)的部分特點(diǎn)，具有代表性.

為便于PM發(fā)動(dòng)機(jī)的理論推導(dǎo)，本文引入一個(gè)全新的參數(shù)：PM等溫膨脹比，是指PM發(fā)動(dòng)機(jī)等溫過(guò)程時(shí)缸內(nèi)體積的膨脹程度.PM等溫膨脹比越大，就意味著PM發(fā)動(dòng)機(jī)的等溫過(guò)程越長(zhǎng).

閉式PM高速柴油機(jī)的壓力－體積（p-V）熱力循環(huán)如圖3所示.

圖3 閉式PM高速柴油機(jī)的熱力循環(huán)p-V圖Fig.3 p-Vdiagram of the closed PM high speed diesel engine

圖3中，各點(diǎn)壓力分別為p1～p5，體積為V1～V5，溫度為T(mén)1～T5，q為熱量.定義參數(shù)：壓縮比ε＝V1／V2，壓力升高比λ＝p3／p2，預(yù)脹比ρ＝V4／V3，PM等溫膨脹比β＝V4′／V4，κ為絕熱指數(shù).由于點(diǎn)4′在點(diǎn)4和5之間，所以PM等溫膨脹比β的取值范圍在［1，ε／ρ］中.當(dāng)β＝1時(shí)，點(diǎn)4′和點(diǎn)4重合，循環(huán)相當(dāng)于傳統(tǒng)高速柴油機(jī)的熱力循環(huán)；當(dāng)β＝ε／ρ時(shí)，點(diǎn)4′和點(diǎn)5重合，熱力循環(huán)功達(dá)到最大值.

由圖3可知，點(diǎn)1→點(diǎn)2為絕熱壓縮過(guò)程［8］，有

則得T2＝T1εκ－1.

點(diǎn)2→點(diǎn)3為等容燃燒過(guò)程，有

則得T3＝T2λ＝T1λεκ－1.

點(diǎn)3→點(diǎn)4為等壓燃燒過(guò)程，有

則得T4＝T3ρ＝T1λρεκ－1.

點(diǎn)4→點(diǎn)4′為等溫燃燒過(guò)程，有

點(diǎn)4′→點(diǎn)5為絕熱膨脹過(guò)程，有則得T5＝T1λρκβκ－1.

點(diǎn)5→點(diǎn)1為等容換氣過(guò)程，設(shè)T1為初始條件，cV為已知比定容熱容，則系統(tǒng)吸熱為

系統(tǒng)放熱為

系統(tǒng)熱效率為

系統(tǒng)循環(huán)功為

用相似的方式，可以推導(dǎo)出閉式PM汽油機(jī)和低速柴油機(jī)的熱力循環(huán)中的熱效率和循環(huán)功.兩者的壓力－體積（p-V）熱力循環(huán)如圖4所示.

閉式PM汽油機(jī)的熱力循環(huán)的系統(tǒng)熱效率為

系統(tǒng)循環(huán)功為

閉式PM低速柴油機(jī)的熱力循環(huán)的系統(tǒng)熱效率為

系統(tǒng)循環(huán)功為

通過(guò)對(duì)閉式PM高速柴油機(jī)的熱效率以及循環(huán)功進(jìn)行初步分析可得：

當(dāng)預(yù)脹比ρ＝1時(shí)，閉式PM高速柴油機(jī)熱力循環(huán)圖中的點(diǎn)4與點(diǎn)3重合，其熱效率和循環(huán)功公式與閉式PM汽油機(jī)相同.

當(dāng)壓力升高比λ＝1時(shí)，閉式PM高速柴油機(jī)的熱力循環(huán)圖中的點(diǎn)3與點(diǎn)2重合，其熱效率和循環(huán)功公式與閉式PM低速柴油機(jī)相同.

綜上所述，可得出閉式PM低速柴油機(jī)和閉式PM汽油機(jī)的熱效率以及循環(huán)功的公式可以看成是閉式PM高速柴油機(jī)的兩種特殊情況.

2.3 開(kāi)式PM發(fā)動(dòng)機(jī)熱力學(xué)分析

對(duì)于開(kāi)式PM發(fā)動(dòng)機(jī)，其燃燒特性產(chǎn)生了多變過(guò)程2′到3段，這是該類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的最大特點(diǎn).圖5為開(kāi)式PM發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力－體積（p-V）熱力循環(huán)圖.

圖5 開(kāi)式PM的發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力循環(huán)p-V圖Fig.5 p-Vdiagram of the open PM engine

圖5中，各點(diǎn)壓力分別為p1～p4，體積為V1～V4，溫度為T(mén)1～T4，q為熱量.定義參數(shù)：壓縮比ε＝V1／V2，γ為壓縮比系數(shù)，則γε＝V1／V2′，開(kāi)式PM 發(fā)動(dòng)機(jī)壓力升高比λ′＝p3／p2′，n為多變指數(shù).閉式PM發(fā)動(dòng)機(jī)壓力升高比λ＝p3／p2，PM等溫膨脹比β＝V3′／V3.采用上文閉式PM高速柴油機(jī)相似的方法可以推導(dǎo)出開(kāi)式PM發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)系統(tǒng)熱效率為

開(kāi)式PM發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率公式中的壓力升高比λ′可以和閉式PM發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力升高比λ相互轉(zhuǎn)換.其方法如下：

點(diǎn)2→點(diǎn)3為等容過(guò)程，有

點(diǎn)2′→點(diǎn)3為多變過(guò)程，有

點(diǎn)2′→點(diǎn)2為絕熱壓縮過(guò)程，有

與之前的閉式PM發(fā)動(dòng)機(jī)相比，開(kāi)式發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率公式中多出了壓縮比系數(shù)以及多變指數(shù)n兩個(gè)參數(shù).

當(dāng)γ＝1，n→∞時(shí)，其熱效率為

這就是閉式PM汽油機(jī)的熱效率公式.

當(dāng)γ＝1，n→0時(shí)，其熱效率為

這個(gè)熱效率其實(shí)就是閉式PM低速柴油機(jī)的熱效率公式.

開(kāi)、閉式PM發(fā)動(dòng)機(jī)的對(duì)比表明，當(dāng)開(kāi)式PM熱力循環(huán)壓縮比系數(shù)γ＝1，多變指數(shù)n→∞時(shí)相當(dāng)于閉式PM汽油機(jī)的熱力循環(huán)；當(dāng)開(kāi)式PM熱力循環(huán)壓縮比系數(shù)γ＝1，多變指數(shù)n→0時(shí)相當(dāng)于閉式PM低速柴油機(jī)的熱力循環(huán).

從熱力學(xué)分析的角度，相比于開(kāi)式PM發(fā)動(dòng)機(jī)，閉式PM發(fā)動(dòng)機(jī)是通過(guò)閥門(mén)控制多孔介質(zhì)對(duì)混合氣的影響時(shí)間，使多孔介質(zhì)和混合氣之間的多變回?zé)徇^(guò)程更接近定容或者定壓回?zé)徇^(guò)程，從而提高熱效率以及循環(huán)功，所以閉式PM發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)用價(jià)值更高一些，但其結(jié)構(gòu)也相對(duì)復(fù)雜.

3 閉式PM發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)模擬計(jì)算

3.1 模擬計(jì)算條件

本文輸入?yún)?shù)的取值主要參考某款車(chē)用柴油機(jī)和汽油機(jī).其中高速柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比為17.5，額定工況的缸內(nèi)最高溫度為2 327K；而汽油發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比為10.5，最高溫度為2 500K；由發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)p-V圖可知最高溫度相當(dāng)于T3.設(shè)初始溫度T1為350K，絕熱指數(shù)κ為1.4，由T3＝T1λεκ－1，轉(zhuǎn)換公式后λ＝T3／T1εκ－1，可得到柴油機(jī)和汽油機(jī)壓力升高比的值分別為2.2和2.8.為了方便比較，下文中的壓力升高比λ均取值2.5，而針對(duì)柴油機(jī)的參數(shù)預(yù)脹比ρ均取值3.

3.2 熱效率及循環(huán)功與PM膨脹比的關(guān)系

熱力循環(huán)的熱效率和循環(huán)功是一個(gè)熱力學(xué)循環(huán)最核心的輸出內(nèi)容，整個(gè)循環(huán)中的各個(gè)參數(shù)對(duì)熱效率和循環(huán)功都有不同程度的影響.根據(jù)上文推導(dǎo)的各類(lèi)閉式PM發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)嵫h(huán)及普通發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的循環(huán)功、熱效率等公式，如果將PM膨脹比β設(shè)為自變量，以熱效率及循環(huán)功的公式作為中間的傳遞函數(shù)，就能得到3種PM發(fā)動(dòng)機(jī)理想熱力循環(huán)過(guò)程情況下的η－β圖及W-β圖.

如圖6所示，隨著PM等溫膨脹比變大，PM發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率開(kāi)始下降.在同樣的PM等溫膨脹比下，PM汽油機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率最高，PM高速柴油機(jī)次之，PM低速柴油機(jī)最低.但一般情況下汽油機(jī)壓縮比最小，柴油機(jī)壓縮比比汽油機(jī)大的多，故事實(shí)上往往是柴油機(jī)熱效率更高.

圖6 熱效率與PM等溫膨脹比的關(guān)系Fig.6 Relationship between thermal efficiency and PM expansion ratio

圖7 循環(huán)功與PM等溫膨脹比的關(guān)系Fig.7 Relationship between cycle network and PM expansion ratio

如圖7所示，隨著PM等溫膨脹比的增加，PM發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)功也隨之增大.閉式PM高速柴油機(jī)的循環(huán)功最高；閉式PM低速柴油機(jī)的循環(huán)功遠(yuǎn)低于閉式PM高速柴油機(jī)；閉式PM汽油機(jī)的循環(huán)功略低于閉式PM低速柴油機(jī).當(dāng)PM等溫膨脹比接近最大值時(shí)，曲線(xiàn)漸漸平緩，發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)功達(dá)到最大.

綜上所述，在同壓縮比的情況下閉式PM汽油機(jī)的熱效率最高，閉式PM高速柴油機(jī)的循環(huán)功最大.從圖6，7中可以看出，高速柴油機(jī)循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)更適合采用閉式多孔介質(zhì)的技術(shù)方案.

3.3 熱效率及循環(huán)功與壓縮比的關(guān)系

所有內(nèi)燃機(jī)的熱效率和循環(huán)功都與內(nèi)燃機(jī)的壓縮比有關(guān)，而傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有參數(shù)PM膨脹比，為了分析PM發(fā)動(dòng)機(jī)和傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率及循環(huán)功的差異，此處將分析閉式PM汽油機(jī)、低速柴油機(jī)、高速柴油機(jī)以及傳統(tǒng)汽油機(jī)、低速柴油機(jī)、高速柴油機(jī)這幾類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率及循環(huán)功與壓縮比的關(guān)系.此處PM等溫膨脹比取β＝2.

如圖8所示，隨著壓縮比的提高，所有發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率都在上升.熱效率最高的始終是普通汽油機(jī)，最低的是閉式PM低速柴油機(jī).PM發(fā)動(dòng)機(jī)在熱效率上稍稍處于劣勢(shì)，但差距很小.

圖8 熱效率與壓縮比的關(guān)系Fig.8 Relationship between thermal efficiency and compression ratio

如圖9所示，隨著壓縮比的增大，循環(huán)功都在不斷增加.PM發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)功在同樣壓縮比的情況下相比普通發(fā)動(dòng)機(jī)都有著壓倒性的優(yōu)勢(shì).特別是隨著壓縮比的上升，閉式PM高速柴油機(jī)的循環(huán)功相對(duì)普通高速柴油機(jī)的優(yōu)勢(shì)越發(fā)顯著.無(wú)論是汽油機(jī)還是柴油機(jī)循環(huán)，在采用多孔介質(zhì)裝置以后，其循環(huán)功的增長(zhǎng)都非常明顯.

3.4 熱效率與循環(huán)功的關(guān)系

由于以上的分析都是單一熱效率或者循環(huán)功隨著壓縮比或者PM等溫膨脹比的變化，并未揭示兩者之間變化的相互關(guān)系.下文將對(duì)熱效率和循環(huán)功間相互變化的關(guān)系進(jìn)行分析和描述.此處PM等溫膨脹比取β＝2.

圖9 循環(huán)功與壓縮比的關(guān)系Fig.9 Relationship between cycle network and compression ratio

圖10給出了6種發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型的循環(huán)熱效率與循環(huán)功之間的關(guān)系.由圖10可以看出，循環(huán)功隨著熱效率都在不停地上升，在同樣的熱效率或者在循環(huán)熱效率上升幅度相同的情況下，PM發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)功遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)功.如將發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)功比發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率，即W／η定義為一個(gè)循環(huán)功針對(duì)熱效率的密度，則PM發(fā)動(dòng)機(jī)的最大優(yōu)勢(shì)就是這個(gè)循環(huán)功密度極大，遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī).這說(shuō)明，與其他循環(huán)相比，閉式PM發(fā)動(dòng)機(jī)的回?zé)嵫h(huán)損失很少的熱效率可以明顯提高循環(huán)功.

圖10 循環(huán)功與熱效率的變化關(guān)系Fig.10 Relationship between cycle network and thermal efficiency

4 結(jié)論

（1）引入?yún)?shù)PM等溫膨脹比，對(duì)閉式PM高速柴油機(jī)和開(kāi)式PM發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行熱力學(xué)分析，推導(dǎo)出理想熱力學(xué)循環(huán)下的熱效率以及循環(huán)功.

（2）引入壓縮比系數(shù)，建立了開(kāi)式PM發(fā)動(dòng)機(jī)與閉式PM發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)的關(guān)系.發(fā)現(xiàn)閉式PM發(fā)動(dòng)機(jī)是開(kāi)式PM發(fā)動(dòng)機(jī)的一種特例.

（3）通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)將閉式及開(kāi)式PM發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率公式進(jìn)行整合，通過(guò)比較得出在本文的模型設(shè)定下開(kāi)式PM發(fā)動(dòng)機(jī)相比閉式PM發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率和循環(huán)功都處于劣勢(shì).

（4）利用推導(dǎo)出來(lái)的公式，分別建立不同發(fā)動(dòng)機(jī)的理想熱力學(xué)循環(huán)熱效率及循環(huán)功的比較.通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)PM發(fā)動(dòng)機(jī)在理想熱力學(xué)模型中相比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)在循環(huán)功上有著較大的優(yōu)勢(shì)，因此高速柴油機(jī)循環(huán)更適合采用多孔介質(zhì)燃燒技術(shù).

［1］ 周磊，解茂昭，趙治國(guó)，等.回?zé)崾蕉嗫捉橘|(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)的多維數(shù)值模擬［J］.工程熱物理學(xué)報(bào)，2008，29（3）：511.

ZHOU Lei，XIE Maozhao，ZHAO Zhiguo，et al.Numerical study on combustion process in a regenerative porous medium engine［J］.Journal of Engineering Thermophysics，2008，29（3）：511.

［2］ Ferrenberg A J.The Single Cylinder Regenerated Internal Combustion Engine［C］／／SAE Paper 900911.Pennsylvania：［s.n.］，1990：242-247.

［3］ Hanamura K，Miyairi Y，Echigo R.Reciprocating heat engine with super adiabatic combustion in porous media［C］／／8th International Symposium on Transport Phenomena in Combustion.San Francisco：［s.n.］，1995：53-61.

［4］ Durst F，Weclas M.A new type of internal combustion engine based on the porous-medium combustion technique ［J］.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part D：Journal of Automobile Engineering，2001，215（1）：63.

［5］ Weclas M.Strategy for intelligent internal combustion engine with homogeneous combustion in cylinder［J］.Sonderdruck Schriftenreihe University of Applied Sciences in Nuernberg，2004（26）：1.

［6］ Weinberg F.Heat-recirculating burners：principles and some recent development［J］.Combustion Science and Technology，1996，121：3.

［7］ 解茂昭.一種新概念內(nèi)燃機(jī)——基于多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)的超絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)［J］.熱科學(xué)與技術(shù)，2003，2（3）：189.

XIE Maozhao.New type of internal combustion engine—super adiabatic engine based on the porous medium combustion technique［J］.Journal of Thermal Science and Technology，2003，2（3）：189.

［8］ 廉樂(lè)明，譚羽非，吳家正，等.工程熱力學(xué)：第5版［M］.北京：中國(guó)建設(shè)工業(yè)出版社，2007.

LIAN Leming，TAN Yufei，WU Jiazheng，et al.Engineering thermodynamics［M］.5th ed.Beijing：China Architecture and Building Press，2007.