缸内高压直喷天然气发动机燃烧过程数值研究

以直喷天然气发动机为研究对象,基于正庚烷-甲烷化学动力学机理对发动机的燃烧过程进行了三维数值模拟,并对NO_x,CO和炭烟的排放趋势进行了预测。结果表明:对于缩口燃烧室,随着燃烧室凹坑深度的减小和燃烧室喉口直径的增大,天然气扩散燃烧火焰的传播速度越快,指示热效率越高。在燃烧室总深度相当的情况下,直口燃烧室形成的气流运动对天然气扩散火焰传播的促进作用小于缩口燃烧室,且对于直口燃烧室,采用较小的凹坑深度和较大的喉口直径不利于天然气在前期预混燃烧阶段的火焰传播,从而导致指示热效率的降低。采用缩口设计,减小燃烧室凹坑总深度和增大燃烧室凹坑的直径会导致NO_x排放的增加,但有利于CO和炭烟的控制。因此,对于高压直喷天然气发动机,采用缩口燃烧室设计有利于热效率和排放的兼顾,但是需要各个燃烧室尺寸的合理配合。     

燃烧室凹坑形状对汽油转子发动机燃烧过程的影响

针对转子发动机缸内燃料燃烧效果不佳的问题,以一款预混式汽油转子发动机作为研究对象,采用计算流体力学的方法,建立转子发动机缸内流动与燃烧的三维数值仿真模型,并利用试验结果进行了对比验证.在此基础上,选取敞口式、直口式和缩口式3种不同类型的燃烧室凹坑,研究了燃烧室凹坑形状对缸内压力、温度、火焰传播及NO生成的影响.结果表明...     

燃烧室形状对缸内气流运动影响的数值模拟

为研究缸内气流运动规律,探索燃烧室形状对挤流的影响,在柴油机的压缩和膨胀工况下,应用STAR CD程序对不同几何形状的燃烧室内气流运动进行三维数值模拟。计算结果表明,缩口燃烧室具有较大的挤流强度,较长的涡流持续期,涡流的分布较合理,有利于混合气的形成,可加速扩散燃烧;直口燃烧室性能相对较弱;敞口燃烧室性能最弱。燃烧室的收口程度和底部凸台的形状是影响挤流的两个重要因素。燃烧室偏心造成缸内流场的不对称,影响了混合气的形成,不利于燃烧。     

活塞形状对点燃式天然气发动机性能的影响

结合天然气发动机的性能优化,在一定压缩比下,设计了两种不同形状的燃烧室,对缸内气体流动及燃烧过程进行了数值模拟,并在台架上进行了试验验证。模拟得出了不同结构燃烧室的湍动能、火焰前锋面位置、燃烧放热率等,结果表明,中心凹陷燃烧室效果较好,与中心凸起燃烧室相比,产生的湍流强度较大,燃烧速度更快,克服了天然气燃烧速度慢的缺点,因此动力性和经济性较好,然而NO排放量也较大。     

高几何压缩比活塞的燃烧室形状探讨

提高几何压缩比与延迟进气门关闭正时技术相结合的目的是为了在维持最高燃烧压力不超过机械限制的前提下改善燃油经济性。另外,利用数值模拟方法,分析燃烧过程的变化,以观察高几何压缩比条件下的排放性能恶化过程。根据研究结果,改进燃烧室形状,以改善发动机的排放性能。数值模拟和试验结果均证实,改进燃烧室形状,并与延迟进气门关闭正时的技术措施相结合,可以显著改善发动机的排放性能和燃油经济性。     

正交试验设计方法在柴油机燃烧系统参数仿真优化中的应用

本文尝试在CFD模拟软件FIRE上采用正交试验设计方法,提取柴油机燃烧系统油、气、室的关键参数,即燃烧室口径比、缩口比、缩口半径、喷射锥角、涡流比,安排三水平正交模拟试验。计算结果采用方差分析进行分析,得出柴油机燃烧系统参数对发动机动力性和排放性的影响并找到较优的参数组合。     

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。     

高低压EGR对增压天然气发动机燃烧与排放的影响

通过台架试验对一台增压天然气发动机分别采用高压废气再循环(EGR)和高低压废气再循环系统时发动机的燃烧与排放特性进行了试验研究,并结合数值模拟方法对发动机的能量平衡进行了定量分析,探究不同EGR引入系统对天然气发动机经济性的影响.发动机台架试验结果表明:与高压EGR相比,发动机采用高低压EGR系统时,火焰发展期和快速燃烧期缩短,燃烧相位提前,缸内最高燃烧压力和最大瞬时放热率增加;HC和CO排放降低,NO x排放增加;燃气消耗率下降4.5％ ～9.3％.发动机能量平衡分析结果表明:发动机采用高低压EGR系统时摩擦损失增加,泵气损失、传热损失和排气能量损失减少,其中,排气能量损失的减少幅度最大.     

高轨压燃烧系统对车用柴油机性能及排放的影响研究

为降低柴油机的排放,满足当前国六排放法规要求,分析了更高轨压燃烧系统对发动机性能和排放的影响。在同一台发动机上进行了台架对比试验,基于试验结果分析了高轨压燃烧系统匹配不同的气道方案、燃烧室方案对发动机燃油经济性、排放特性的影响。结果表明,高轨压燃烧系统能够使发动机中、高负荷区域碳烟排放降低约20%,小涡流比大流量系数的气道、扁平化燃烧室结构方案能够使发动机性能更佳。相对于原燃烧系统,高轨压燃烧系统WHSC测试循环碳烟排放降低了约60%,发动机排放明显降低。     

燃烧室形状对双燃料发动机性能影响的模拟分析

利用STAR‐CD软件模拟研究了3种燃烧室形状对柴油‐天然气双燃料发动机性能的影响,3种燃烧室分别为ω形燃烧室、八边哑铃形燃烧室和圆柱形燃烧室。研究发现,八边哑铃形燃烧室因为减小了喉口直径,增加了挤流强度,使得气缸内的湍动能增强,火焰传播速度加快,燃料利用率提高,同时,在燃烧室的底部设计凸台,能引导燃烧室内的气流运动,并引导柴油向燃烧室的底部扩散,促进着火点的广泛分布。因此,八边哑铃形燃烧室的缸内平均压力、平均温度和指示热效率最高,天然气剩余比例最小。     

柴油机低排放燃烧系统研究

针对某款匹配株式会社电装第3代180 MPa电控高压共轨喷射系统和采用EGR方案的全新开发的国Ⅳ平台中型柴油机,研究了其3种不同燃烧室形状与喷油器匹配的燃烧规律,结果表明大径深比带翻边结构的2#燃烧室与8×810×150型号喷油器更加适合低排放燃烧系统开发要求。采用STAR-CD计算模拟软件,对油束落点与燃烧室的运动情况进行模拟分析。结果表明,模拟计算结果与试验结果基本一致,从而验证了试验的准确性和模拟计算的可靠性。     

点火位置对汽油转子发动机燃烧过程的影响

以点燃式汽油转子发动机为研究对象,建立了相应的湍流和燃烧模型,实现了发动机工作过程的三维动态模拟,并利用试验结果进行对比验证。在此模型基础上,模拟计算和分析了4种不同点火位置对缸内压力、温度、火焰传播及NO_x生成的影响。结果表明:点火位置选择在燃烧室中轴线上,与转子凹坑中心位置重合,能优化燃烧,获取较大的功率;在燃烧室后部点火时,燃烧初期火焰传播速度快,压力升高率大,但是受限于燃烧室后部燃料少,压力峰值不高,且NO_x的生成量偏高;在燃烧室前部点火时,在补燃期阶段燃烧速度最快,但是点燃后压力升高阶段的燃烧效率一般;点火位置位于燃烧中轴线两侧错位排布时,燃烧效率低下导致压力峰值最低,同时NO_x的生成量稍高;一定工况下,双点火位置的坐标分别为(10 mm,-56 mm,-37.2 mm)和(-10 mm,-56 mm,-37.2mm)时,该发动机能获得最大的功率且NO_x生成量较少。     

双卷流燃烧室燃烧特性仿真及试验研究

对双卷流燃烧室和浅盆形燃烧室进行了不同负荷工况下的三维仿真分析,并进行了对比试验。研究结果表明,双卷流燃烧室在整个负荷范围内在燃烧速率及效率上都比浅盆形燃烧室有明显的优势。证明双卷流燃烧室比浅盆形燃烧室更适用于大功率柴油机的高效快速燃烧,其燃烧室的内室在提高空气利用率及加快扩散混合速率方面具有非常显著的作用。     

驻车加热器燃用3种燃料的燃烧性能试验研究

针对乙醇、汽油、汽油和乙醇混合物(E50)等3种燃料,在某驻车加热器上进行了燃烧特性试验,研究3种燃料在燃烧器内稳定燃烧时各参数的变化,分析了不同工况下燃烧器内的温度变化以及过量空气系数对燃烧温度的影响.试验结果表明,3种燃料在燃烧室内各点温度变化规律与额定工况下相同;汽油的燃烧温度随过量空气系数的增大而减小,具有较好的燃烧性能;3种燃料的过量空气系数与风机电压基本呈线性关系.     

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。     

燃烧室形状对快速混合燃烧过程的影响

介绍了采用不同燃烧室形状的快速混合燃烧过程对发动机性能的影响 ,通过测试分析改进燃烧室与供油参数的匹配 ,从而提高性能指标 ,初步达到用户要求。     

基于可视化装置的柴油机喷雾燃烧过程试验研究

利用喷雾燃烧多功能动态可视化试验装置,获得了清晰直观的燃烧室内喷雾燃烧过程图片,分析研究了两种燃烧室对喷雾和燃烧过程的影响。结果表明:燃烧室内喷雾贯穿力比涡流和挤流强,喷雾以近似直线形式扩展到凹坑壁后,大部分随涡流方向扩展;火焰首先在靠缩口型燃烧室中心处出现,而圆柱型燃烧室则在靠凹坑上边缘处出现;缩口型燃烧室比圆柱型燃烧室燃烧结束得稍早,燃烧性能更好。     

直喷式柴油机燃烧系统三维可视化设计

本文提出一种能够实现三维可视化的燃烧室内燃油分布和喷雾着壁特性计算的方法。该方法可适于任意形状的燃烧室，能反映出喷油压力，喷油嘴结构及安装位置，进气涡流比等参数与燃烧室形状的匹配关系。对采用梅花型缩口燃烧室的ＣＡ６１１０型柴油机，进行了计算分析及实验研究，对本文的方法进行了验证。