超高压喷射条件下非常态燃油的缸内燃烧排放特性研究

以改善大功率柴油机的燃烧与排放性能为目标,创新性地提出180 MPa 以上的超高燃油喷射压力。建立包括进气道和燃烧室在内的三维几何模型,利用 AVL FIRE 软件对仿真模型进行动网格划分,将燃油喷射系统的喷嘴内流场计算结果作为边界条件对燃烧过程进行仿真计算,分析燃油物性参数的变化以及喷嘴参数对柴油机燃烧排放性能的影响。结果表明：当燃油的物性参数发生变化之后,喷孔内部空化效应的增强有助于油束获得良好的初始破碎状态,雾化效果好,缸内燃烧过程进行得更加充分;当喷孔直径增大时,油滴初始湍动能增强,运动发展范围较大,喷油持续期短,后期排放物浓度小;随着喷射夹角增大,缸内燃油与空气混合得更加均匀,燃烧性能进一步提高。     

燃油喷射对柴油机燃烧及排放的影响

针对4190柴油机燃油系统电控化改造项目,应用AVL_FIRE三维CFD软件平台,建立该机缸内高压循环仿真模型,通过台架试验获得缸压曲线验证仿真计算的正确性。借助模型研究燃油喷射系统参数对燃烧、NOX和碳烟颗粒生成等的影响。结果表明:随着喷孔锥角的增大,缸内最大温度与压力逐渐增大,采用小喷孔锥角时,NOx排放浓度低,但碳烟排放浓度较高;喷油器喷孔直径增大,缸内压力与温度逐渐增大,采用0.30 mm喷孔直径时,NOx和碳烟的排放浓度均较低;喷油提前角增加导致缸内温度增大,NOx排放浓度增加,碳烟排放浓度降低。     

舰用柴油机预混合等压燃烧的数值模拟及试验研究

运用CFD软件Star-cd对一台舰用高速大功率柴油机实现预混合近似等压燃烧进行了缸内喷雾及燃烧过程的模拟计算,主要考察了不同压缩比的燃烧室型线,以及喷油器喷孔参数对柴油机性能、缸内温度场、速度场和NO排放的分布的影响.经过多方案的计算分析,确定了高速大功率柴油机实现预混合近似等压燃烧的压缩比和喷孔参数,并能在提高柴油机性能的同时降低排放.通过对最优方案的台架试验,在直喷式柴油机上实现了预混合等压燃烧要求的放热率.     

喷油器参数对船用低速机燃烧特性 影响的仿真研究

对某船用低速二冲程柴油机在不同喷油器参数下的喷油及燃烧过程进行了三维CFD性能仿真分析。结果表明：随着喷油器喷孔数量增多,燃油蒸发雾化质量更好,进而对燃烧过程和排放物生成产生明显影响;同样,随着喷油器喷孔夹角减小,燃油蒸汽分布的区域更广,进而对燃烧过程和排放物生成产生明显影响;研究能够为喷油器参数优化,燃油喷射系统改进提供参考。     

高原环境下喷孔夹角对某增压柴油机性能影响的数值模拟与分析

基于ECFM-3Z燃烧模型建立适应高原环境柴油机缸内工作过程模型,在平原试验验证的基础上,对喷油器喷孔夹角为147°、150°、153°、156°四种情况进行数值模拟,分析了喷孔夹角对海拔4550m下缸内燃烧过程的影响。研究结果表明,喷孔夹角增大后,缸内压力和温度上升,功率得到一定恢复,柴油机的排放随之上升。综合考虑柴油机的动力性和排放,海拔4550m下将喷孔夹角从150°(平原原机值)增加到153°比较合理。     

喷油嘴偶件关键特性参数对燃油系统喷射特性的影响

喷油嘴偶件作为柴油机燃油喷射系统最核心的精密偶件,其性能的优良直接影响到燃油喷射系统的喷射特性,从而影响柴油机的经济性和排放。本文通过对喷油嘴偶件针阀升程、针阀头型参数(三锥和单锥)、针阀运动质量、喷孔参数(喷孔直径和数量)、压力室容积、喷孔内孔口圆角、喷嘴体高压容积等关键参数设计技术的研究,分析了这些关键参数及结构设计对燃油系统泵端压力、压力室压力、喷油持续角、喷雾圆锥角、油粒平均直径等喷射特性的影响,从而给喷油嘴偶件的性能参数设计、结构设计以及燃油喷射系统与其他系统的综合匹配设计和系统主要部件的可靠性分析计算提供理论依据和指导。     

燃油系统参数匹配优化对船用柴油机性能影响及试验研究

采用试验与仿真结合的方法研究电控化改造对柴油机性能的影响。分别用AMESim和AVL_FIRE仿真软件建立燃油喷射系统模型与柴油机缸内燃烧高压循环模型,以喷油压力为优化目标对喷油参数进行匹配,并将优化结果代入到燃烧模型中计算分析。以优化结果为基础进行台架试验,分析电控化改造对柴油机经济性和排放性的影响。研究结果表明,对于15mm×2.5mm×0.40 mm/°CA×0.30mm×900mm(柱塞直径×油管直径×凸轮型线速率×喷孔直径×油管长度)的组合(试验号8),喷油压力相对于原机提高了40.2%。试验号8的台架试验表明:油耗率有所降低,且在低速低负荷工况下油耗率降低较显著;对于NOx排放,电控化改造后试验号8的NOx排放浓度在负荷特性工况和推进特性工况下相对于原机平均降幅分别在50%以上。     

基于正交设计的船用柴油机燃烧系统参数匹配及优化

为研究柴油机燃烧系统参数匹配对柴油机动力和排放性能的影响,首先分别利用AVL_BOOST和AVL_FIRE仿真软件建立4190ZLC-2型船用柴油机整机模型和缸内燃烧高压循环模型,然后基于已建模型应用正交试验设计方法安排柴油机进气系统、喷油系统和燃烧室结构尺寸参数匹配仿真计算。研究结果表明,通过极差分析可以得出燃烧系统参数对4190ZLC-2型柴油机性能的影响主次顺序。以柴油机指示功率为评价指标时,参数组合0.26 mm-28°CA-160°-0.9-145 mm-2.6 mm-22 mm(喷孔直径-喷油提前角-油束夹角-涡流比-喉口直径-凸台高度-凹坑半径)对应的指示功率为63.40 k W,比原机仿真值高15%;以NOX排放为评价指标时,参数组合0.30 mm-24°CA-140°-0.4-135 mm-6.6 mm-14 mm(喷孔直径-喷油提前角-油束夹角-涡流比-喉口直径-凸台高度-凹坑半径)对应的NOX排放质量分数为0.015 7%,比原机仿真值低30.2%。     

RT-Flex型船用低速机燃油喷射控制系统性能仿真研究

以RT-Flex型船用低速柴油机高压共轨燃油喷射系统为研究对象。利用AMESim软件建立其高压共轨燃油喷射系统的仿真模型,在验证仿真模型精度后,利用开发的仿真模型研究关键参数对高压共轨燃油喷射系统性能的影响。研究结果表明,油量活塞直径和针阀升程的增加会增大喷油压力和喷油率;高压油管直径的增加在增大喷油压力和喷油率的同时也显著地增加了喷油持续期;增大喷孔直径会使喷油率明显增大,而喷油压力略有降低。     

双卷流燃烧室与燃油喷射系统匹配对柴油机排放的影响

利用AMESim液压仿真软件建立了某船用柴油机燃油喷射系统仿真模型,对燃油喷射系统的相关结构参数进行优化。再利用AVL_FIRE软件将优化结果与原机燃烧室基础上设计的双卷流燃烧室进行缸内燃烧计算,同时研究油束夹角为150°、155°、160°时对排放特性的影响。研究结果表明,0.24mm-14.0mm-0.46mm·(Ca A)-1-950mm-155°(喷孔直径-柱塞直径-凸轮型线速度-高压油管长度-油束夹角)参数组合,可以将喷油压力提高到105MPa,碳烟生成质量分数较原机降低约0.01‰,油束夹角为155°时,碳烟质量分数较油束夹角为150°和160°时低0.02‰~0.08‰,NOX质量分数较油束夹角为150°和160°时低0.03‰~0.12‰。