燃烧室形状对天然气发动机燃烧影响的研究

采用试验及三维数值模拟的方法,研究了圆柱、缩口和敞口等燃烧室形状对CA6SE1—21N天然气发动机燃烧性能的影响规律。验证结果表明:天然气发动机混合气形成及燃烧过程的数值模拟结果和试验结果吻合较好,所选模型适合对天然气发动机进行模拟分析。试验和模拟结果均表明燃烧室形状对火焰传播速度影响较大。在3种燃烧室形状中,缩口燃烧室所对应发动机的燃烧及排放性能最好,圆柱形燃烧室次之,而敞口形燃烧室最差。缩口燃烧室的缩口设计使得该处形成较强的挤流,湍流动能增加且维持期较长,火焰传播速度明显提高,改善了发动机的燃烧及排放性能。     

掺烧比对电控共轨柴油机燃用 LNG-柴油双燃料燃烧特性的影响

为了在柴油机上使用液化天然气（LNG）,将电控共轨柴油机改装为柴油引燃天然气的双燃料发动机,通过天然气喷嘴将 LNG 喷入进气管。利用双燃料发动机台架试验,对比分析了转速为1200 r／min ,100％负荷下,掺烧比对电控共轨柴油机燃用 LNG‐柴油双燃料燃烧特性的影响。研究结果表明,随着掺烧比的增大,双燃料发动机的缸内压力先升高后降低,压力升高率和瞬时放热率增大,峰值压力循环变动系数增大。     

进气掺氢对柴油-天然气双燃料燃烧特性的影响

为了提高柴油-天然气(DN)双燃料发动机在中、低负荷时的燃烧效率,降低一氧化碳(CO)和未燃碳氢化合物(UHC)排放,以D19高压共轨柴油机为研究机型,构建了发动机燃烧室CFD模型,通过3D-CFD耦合柴油-天然气-氢气(DNH)三燃料化学动力学机理,进行数值模拟,研究了进气掺氢对DN发动机燃烧及排放特性的影响.结果表明:在进气内掺入20％的H2,可促进缸内关键自由基生成,加快天然气(NG)燃烧速率,使燃烧效率达到95.7％,与不掺H2时相比提高了 11.3％;而掺入25％的H2,可使总碳氢化合物(THC)减少49.0％,CO降低37.4％,CO2下降 12.7％.     

关于大直径哑铃形灌注桩的研究

研究了扩大头的数量、形状、直径及其位置等因素,对大直径哑铃形灌注桩单桩受力性能的影响,推荐了两种较实用的哑铃形桩。     

燃料改性与进气预处理降低甲醇-柴油 PA Hs 的数值模拟

通过构建由228种组分和1584个基元反应组成的甲醇‐柴油 PAHs计算模型,研究了燃料改性方案、空气稀释比以及过量空气系数、初始温度,初始压力对甲醇‐柴油PAHs的影响。结果表明,甲醇‐柴油PAHs模型能准确预测甲醇‐柴油燃烧过程中的反应温度,甲醇摩尔分数,反应中间产物CO ,CO2,O2浓度随时间的变化规律和着火延迟。通过进气预处理,降低空气稀释因子可以有效降低甲醇‐柴油燃烧过程中 PAHs的浓度;采用氢气、甲烷作为燃料添加剂进行燃料改性可以有效改善油气混合,提高火焰温度和火焰的绝热燃烧速度,有利于 PAHs的氧化分解。提高过量空气系数可以增加反应中间产物H和OH自由基的数量,降低芳香烃各组分的浓度;提高反应的初始温度,降低反应初始压力,使得燃烧化学反应始点提前,有利于降低PAHs的浓度。     

在用柴油公交车燃用天然气合成油的试验研究

对上海在用柴油公交车燃用天然气合成油和国Ⅱ柴油的经济性、动力性及烟度排放进行了试验研究.结果表明,柴油公交车燃用天然气合成油后,其燃油经济性与同路线柴油公交车燃用国Ⅱ柴油时基本相当;最大轮边功率降低约5%;加载减速法规的100%点、90%点和80%点的烟度分别降低71%、73%和63%.即天然气合成油对柴油公交车的燃油经济性和动力性影响不大,且能显著改善烟度排放,完全满足上海市在用车加载减速法规的限值要求.     

点燃式NG发动机燃烧系统优化研究

在开发某款天然气发动机的过程中,发动机出现了进气回火、排气放炮等性能不稳定现象。借助CFD软件模拟缸内流动与燃烧,对燃烧室进行了优化设计,对比了新旧两种燃烧室内混合气燃烧和流动情况,分析造成两种燃烧室内燃烧差异的原因。通过分析对比湍动能、火焰传播与形成过程的差异诠释了原燃烧室产生回火放炮的原因。新开发的燃烧室不仅有效解决了进气回火、排气放炮问题,还使发动机的扭矩、功率比原来有所提高,同时燃料消耗率显著降低。     

涡流比对双燃料发动机燃烧过程影响的数值分析

利用数值模拟的方法研究了涡流比对柴油引燃天然气发动机燃烧速率的影响。计算软件为经过修改的KIVA-Ⅲ程序。计算对象为具有深盆形燃烧室的发动机。研究表明，当涡流比从0依次增加到2．5、5时，虽然缸内平均湍流强度增加。但最高湍流区湍流强度先升后降；由于燃烧速率赖于当地的湍流强度，而不是缸内的平均湍流强度。所以燃烧速率并不是一直随涡流比增大而增大。     

两种钢管混凝土实体拱桥力学性能的对比分析

进行钢管混凝土实体(哑铃形和单圆管)拱桥的力学性能的有限元分析和对比,并研究拱肋横撑对两种实体拱桥的动力性能和稳定性能的影响。研究表明,对钢管混凝土实体拱桥进行整体设计时,应主要从静力方面考虑拱肋刚度的选取,哑铃形的静力性能优于单圆管;拱肋横撑的数量和形式主要影响结构整体横向刚度,"K"形横撑对面外动力性能的影响要大得多;从稳定性方面考虑,单圆管优于哑铃形。     

高压共轨电控柴油-天然气双燃料重卡匹配及应用研究

柴油-天然气双燃料重卡是在传统高压共轨电控柴油车的基础上,增加一套天然气供给系统和双燃料控制系统进行匹配研究的。该双燃料重卡可以工作在纯柴油和柴油-天然气双燃料两种模式下,增加了车辆的行驶里程;并且在双燃料模式下,天然气以平均80%以上的替代率,提高了车辆的经济性。     

双层分区燃烧系统对高强化柴油机性能的影响

柴油机的燃烧系统是混合气形成质量的关键。为改善某高强化柴油机的燃烧和排放性能,在保证原机压缩比不变的条件下,设计了一种双层双弧脊分区燃烧系统——双层燃烧室匹配双排喷孔,并基于计算流体力学软件Converge进行数值模拟,研究不同上下排喷孔油束夹角对缸内燃烧和排放的影响。研究结果表明:新设计的燃烧系统的燃烧和排放性能均优于原机,上下排喷孔油束夹角会影响燃油在上下层弧脊处的分配,较大的上排喷孔油束夹角有利于对燃烧室顶隙空间的利用和上层弧脊下侧混合气的形成,较小的下排喷孔油束夹角有利于燃烧室底部凹坑附近空气利用率的提高和混合气分布范围的增加。因此,需要对上下排喷孔油束夹角进行合理的选择和匹配,使得发动机的整体燃烧和排放性能达到最优。     

Influence of injection parameters on the transition from PCCI combustion to diffusion combustion in a small-bore HSDI diesel engine

In this paper, the influence of injection parameters on the transition from Premixed Charge Combustion Ignition (PCCI) combustion to conventional diesel combustion was investigated in an optically accessible High-Speed Direct-Injection (HSDI) diesel engine using multiple injection strategies. The heat release characteristics were analyzed using incylinder pressure for different operating conditions. The whole cycle combustion process was visualized with a high-speed video camera by simultaneously capturing the natural flame luminosity from both the bottom of the optical piston and the side window, showing the three dimensional combustion structure within the combustion chamber. Eight operating conditions were selected to address the influences of injection pressure, injection timing, and fuel quantity of the first injection on the development of second injection combustion. For some cases with early first injection timing and a small fuel quantity, no liquid fuel is found when luminous flame points appear, which shows that premixed combustion occurs for these cases. However, with the increase of first injection fuel quantity and retardation of the first injection timing, the combustion mode transitions from PCCI combustion to diffusion flame combustion, with liquid fuel being injected into the hot flame. The observed combustion phenomena are mainly determined by the ambient temperature and pressure at the start of the second injection event. The start-of-injection ambient conditions are greatly influenced by the first injection timing, fuel quantity, and injection pressure. Small fuel quantity and early injection timing of the first injection event and high injection pressure are preferable for low sooting combustion.     

高原环境对缸内燃烧及壁面油膜的影响研究

为了分析高原环境下缸内燃烧过程及壁面油膜生成规律,采用 CFD 方法对不同海拔条件下柴油机燃烧过程进行了三维仿真计算,着重分析了海拔对壁面油膜的影响。结果表明：随海拔升高,过量空气系数降低,滞燃期延长,着火推迟,燃烧恶化,柴油机性能下降;高原条件对壁面油膜生成有较大影响,壁面累计油膜质量随海拔升高而增大,4500 m 海拔下壁面油膜累计质量最大可达19 mg ,约占总油量的8％;壁面油膜在燃油喷射弹着点处形成,随着时间推移,油膜向活塞边缘扩散,在高海拔条件下,燃烧结束时活塞边缘仍有油膜残留。     

燃油品质对柴油机燃烧循环变动特性及性能的影响

燃用3种柴油进行了柴油机性能试验,研究了不同转速和负荷下柴油对燃烧循环变动特性及柴油机性能指标的影响。研究表明:在全负荷速度特性下,随着转速的升高,最高燃烧压力和最大压力升高率的循环变动率逐渐减小;相同转速下,负荷越小,最高燃烧压力和最大压力升高率的循环变动率越大;燃油的十六烷值越小,其自燃性越差,着火滞燃期越长;初馏温度较低时,轻馏分含量较高,参加预混合燃烧的份额大,容易造成燃烧速度加快,压力升高速度快,导致最高燃烧压力和最大压力升高率的循环变动率变大,对应燃烧过程变粗暴,由此实现的动力性能和经济性能变差。     

Atkinson循环发动机紧凑型燃烧系统研究

基于Atkinson理论循环建立混合动力汽油机的性能仿真模型,确定出合适的压缩比与配气正时。分别采用增加活塞顶面凸起高度(上凸型燃烧室)和减小缸盖上燃烧室高度的方式来满足Atkinson循环汽油机对压缩比的要求。同时为适应紧凑结构减小气门升程、直径(紧凑型燃烧室)。通过三维CFD计算分析,比较了两种燃烧室缸内燃烧及流动特性,发现紧凑型燃烧室能够在火核形成及扩散时期在缸内产生更高的湍动能,有利于加快火焰传播,使燃烧持续期缩短9.8%~24.4%,可显著提高燃油经济性。在混合动力用Atkinson循环发动机开发中使用紧凑型燃烧室,具有重要的应用价值。     

TBD234柴油机有害物生成过程仿真研究

针对舰用TBD234柴油机燃烧室结构及共轨喷射条件下的工作特点,确立标定工况下的燃烧、NOx生成和炭烟生成模型,并合理修正了模型参数。利用CFD软件对其燃烧过程进行仿真计算,得到全过程的有害物组分浓度分布结果。结果显示NOx生成主要受燃烧温度和混合气浓度的影响,炭烟主要产生于浓混合气且贫氧的区域。从NOx和炭烟结果的对比发现二者分布区域形成互补关系,反映出控制NOx和控制炭烟的矛盾。仿真结果与实际情况较好吻合,从而验证了仿真参数选取的有效性。     

高原环境柴油机喷嘴内部流场与缸内温度场的三维数值模拟

采用广安博之等准维模型,建立柴油机高原运行工作过程模型;通过环境模拟台架试验验证了模型的可信性。将准维计算结果作为喷嘴内部气液两相流动和缸内燃烧三维模拟的初始条件,就高原低压、低温、低氧条件对喷孔内燃油流动状态与分布、缸内燃烧过程的影响进行三维数值模拟。海拔3 700m计算结果表明:与平原环境相比,柴油机喷嘴内空穴现象加剧,燃油流动速度增加,喷孔出口燃油分布不均匀度增加;缸内燃烧平均温度比平原最多高出300℃且分布不均匀,燃烧室局部热负荷偏高。研究初步揭示了高原环境柴油机性能劣化机理,为通过优化缸内喷雾和燃烧过程改善高原运行发动机性能提供参考。     

混氢对柴油机燃烧及排放影响的试验研究

将氢气喷入柴油机进气道内进行试验,以研究柴油混氢对柴油机燃烧及排放性能的影响.试验中发动机转速固定在1 400r/min,在不同初始转矩下改变氢气在混合燃料中的质量分数,并保持燃料总质量不变.试验结果表明柴油混氢燃烧可缩短燃烧持续期,增大最大爆发压力及放热率峰值,且使峰值位置提前(氢质量分数为9%时放热率峰值提高20%),增大发动机的输出转矩,并能降低柴油机的各主要排放物(在中低转矩下CO及碳烟排放下降了30%～50%).     

进气道预混天然气对生物柴油发动机燃烧与排放性能的影响

在1台QCH 1105单缸柴油机上,试验研究了进气道预混天然气对生物柴油发动机燃烧与排放性能的影响。结果表明:随着天然气预混比例的升高,生物柴油发动机最大燃烧压力减小,燃烧相位推迟,缸内平均温度略有下降,NOx排放明显降低;预混天然气时,大负荷工况下燃油消耗率有所下降,HC和CO排放有所增加,炭烟排放随着天然气预混率的升高大幅降低。可见,进气道预混天然气对改善生物柴油发动机的经济性和排放性具有良好的潜力。