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。     

不同供油提前角对船用柴油机排放的影响

本文建立T6138ZLCZU直喷柴油机计算模型,模拟研究不同供油提前角对船用柴油机排放的影响,并通过实验实测了不同供油提前角下船用柴油机的排放。研究结果表明:随供油提前角的增大,缸内温度和缸内压力都有所增高,NOx的排放量增加,碳烟的排放量减少,最终生成的碳烟的平均粒径变小,供油提前角的变化对最终生成的碳烟平均数密度影响较小;PM排放与NOx排放之间呈现出此消彼长的相互关系。本文研究为柴油机喷油参数优化提供参考,为进一步降低柴油机排放提供理论依据。     

涡流比对柴油机NOx排放的影响

利用KIVA-3V程序模拟了柴油机的燃烧过程,通过改变涡流比的大小计算了缸内燃烧的压力、温度和有害物质NOx的生成浓度。通过对柴油机燃烧过程的模拟计算可分析得出,当涡流比增大时,NOx排放值升高,表明减小涡流比可以降低NOx的排放。但是,燃烧室内的涡流过强和过弱对发动机的性能都是不利的,对具体的燃烧室结构和喷油系统,合理匹配涡流运动十分必要。     

某高速艇用柴油机涡流燃烧室节流通道的优化计算分析

基于ECFM－3Z燃烧模型建立高速艇用涡流室柴油主机工作过程模型．在经过台架试验验证模型可靠性的基础上,详细分析了不同连接通道倾斜角下上止点前后5°CA时刻的燃烧室内流场的分布情况和上止点后15°CA时刻缸内的温度分布云图,以及由此得出的涡流燃烧室缸内燃烧过程的变化情况．结果表明：连接通道倾斜角度越大,涡流室内的能量损失越小;主燃室内的混合气速度越高,燃油与空气混合的越好．当倾斜角度由35°增大到45°时,缸内压力升高0.37 MPa,温度上升65 K且燃烧重心提前,NOx 排放上升,碳烟排放下降,功率得到提高．综合考虑,选择45°连接通道倾斜角对高速艇用柴油主机最为有利．研究结果为涡流室柴油机在高速艇上的应用提供参考．     

掺水乳化柴油缸内燃烧数值模拟研究

利用计算流体力学(CFD)软件AVL-FIRE对柴油机缸内燃烧过程进行三维数值模拟.研究标准喷油量和标准含油量2种工况下不同掺水比例对于乳化油燃烧放热率、缸内温度、压力、NOx、碳烟等影响.研究表明柴油掺水乳化能够降低其燃烧产生的碳烟量,与纯柴油相比最大可降低43.8％碳烟排放,减排效果明显;标准喷油量下随着掺水比例的...     

喷油正时对柴油机燃烧和排放性能影响的试验分析

试验分析喷油正时对柴油机燃烧及排放特性的影响规律。分析表明:喷油正时对柴油机燃烧和排放性能有着显著影响,随着喷油正时提前,缸内燃烧压力升高,压力升高率峰值增大,燃烧放热率峰值增大、燃烧始点提前,缸内燃烧温度升高;NOx排放随喷油正时提前明显升高,说明喷油正时滞后是降低柴油机NOx排放的有效措施。试验结果可为柴油机电控参数标定提供参考。     

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%。     

进气氧浓度和EGR对船用二冲程柴油机排放特性影响研究

以MAN 6S35 ME-B9型船用二冲程柴油机为研究对象,在GT-POWER软件中建立其工作过程一维模拟计算模型,通过改变EGR率和进气氧浓度,研究废气再循环和进气氧浓度对柴油机动力性、经济性和排放性能的影响。结果表明,提高EGR率会降低柴油机燃烧速率和燃烧温度,有效降低柴油机NOx生成及其排放,EGR率在28.89%～38.58%之间,NOx排放为3.04～1.34 g/kW·h,满足TierⅢ标准,但需要牺牲一部分经济性与动力性。贫氧进气条件下,燃烧温度和燃烧速率降低,输出功率降低,燃油消耗增加,NOx排放降低,碳烟排放较高;富氧进气条件下,柴油机燃烧趋于完善,能量利用率高,动力性和经济性好,Soot排放低,但NOx排放高。高EGR率条件下,在一定程度上提高进气氧浓度,可使柴油机NOx排放满足TierⅢ排放要求,并维持Soot排放在较低水平,同时减少动力性、经济性的损失。     

船用增压柴油机不同负荷下燃烧排放性能研究

为了研究柴油机在不同运行工况下偏心燃烧室缸内燃烧及排放情况,采用三维流体数值分析软件AVL FIRE建立某型柴油机燃烧及排放的计算模型。通过对不同负荷下柴油机燃烧及排放的模拟,计算该型柴油机缸内压力、温度等参数随曲轴转角的变化及燃烧温度、燃空当量比、NO和Soot的分布情况。研究表明：随着负荷的增加,在高负荷下易出现燃油撞壁现象;NO生成量随着负荷的增大而增加,在负荷增大到一定值时反而减小;NO生成主要分布于燃烧室偏心侧,高工况时NO大量生成在燃烧室边缘;Soot主要集中在油束与缸盖之间的缝隙位置。     

掺烧乙醇/水对柴油机燃烧与排放性能的影响

针对TBD234V6型柴油机,采用AVL-fire软件对额定工况下,不同乙醇/水掺混比进行三维数值模拟研究,对比分析缸内压力、缸内温度、缸内温度场、燃烧放热率、NOx浓度、NOx浓度场、Soot浓度、Soot浓度场,并通过赋权法确定最优乙醇/水掺混比。结果表明：随着乙醇/水掺混比的增加,缸内压力逐渐升高,燃烧放热率滞后,燃油消耗率呈上升趋势,但在0E10W时,最高燃烧压力下降率约为3.7%;燃油消耗率下降0.38%;缸内高温分布区域缩小,NOx和Soot浓度下降。通过计算确定最优掺混比为20E10W,此时,最高燃烧压力提升5.6%,燃油消耗率上升2.41%,NOx排放下降率约为18.8%,Soot排放下降率约为29.6%。研究结果可为船用柴油机采用柴油/乙醇/水三燃料燃烧提供一定的指导依据。     

掺水乳化油对船舶柴油机燃烧和排放的影响

应用AVL-FIRE软件对使用不同掺水量乳化油燃料的船舶柴油机进行了多维数值模拟研究,对比分析了缸内压力、放热率、缸内平均温度、NOX和碳烟排放浓度,并且得到了缸内温度场、NOX和碳烟浓度场。结果表明,计算燃烧缸内压力曲线与试验缸内压力曲线具有较好的一致性,验证了模型的准确性。通过比较可知,掺水乳化油会使滞燃期延长,在燃烧过程中由于水蒸发吸热,降低了燃烧温度,并且发生水煤气反应,有效地减少了污染物排放。仿真结果表明,使用5%~10%掺水乳化油做为燃料,使NOX排放量减小43.9%~67.7%。     

柴油机燃烧室形状对排放特性的影响

针对105柴油机排放存在的问题，通过两种不同形状燃烧室的对比试验，证明中央带凸台缩口的燃烧室，适当延迟供油定时可明显改善排放特性。     

米勒循环对船用低速柴油机性能影响的仿真研究

针对节能减排对船舶行业所具有的重要意义,对应用米勒循环技术的某型船用低速柴油机进行了模型验证与仿真计算,分析了米勒循环强弱对柴油机性能的影响,给出了米勒循环强弱对柴油机缸内压力、温度、放热率及NOx排放的影响规律,并对船用低速柴油机的综合性能进行了评估。研究结果表明：米勒循环强弱对柴油机缸内温度及放热率具有较大影响,控制米勒循环强弱能够显著降低NOx的排放,排气阀每晚关10oCA, NOx生成量降低6%-7%,当米勒循环增加到一定程度时,继续加强米勒循环将在降低NOx排放的同时,导致燃油经济性降低且需高压比的增压器匹配,使得配机成本增加,这些结论将为船用低速柴油机的进一步开发提供参考。     

基于CFD某增压柴油机不同海拔下的燃烧机理分析

在验证平原下某增压柴油机计算模型基础上,对某增压柴油机在海拔2900 m和海拔4250 m条件下缸内工作过程进行了三维数值计算．计算结果表明：与平原相比,随着海拔的升高,放热率峰值下降但放热率重心前移,缸内温度迅速升高,缸内最高温度分别上升309和357 K;缸内最高燃烧压力分别下降4.9和5.53 MPa;NOx 出现时间随海拔上升而稍微提前,NOx 排放量随海拔的上升而下降．研究结果为优化高原增压柴油机的性能提供了参考．     

掺烧不同比例二甲醚柴油机燃烧与排放特性的影响

为研究不同比例的二甲醚/柴油混合燃料的燃烧性能与排放特性的研究，以4190ZLC-2型船用中速柴油机为原型机，运用AVL_FIRE仿真软件构建燃烧室高压循环模型，首先通过仿真数据与台架试验的缸压曲线进行对比，验证模型的准确性。研究结果表明：经过双喷油孔的二甲醚（DME）进入缸内后，呈现明显的燃烧阶段DME低温燃烧和柴油扩散燃烧；随着DME的掺烧比例的增大，缸内压力和温度峰值有增大的趋势，对应的相位有所提前；在100%负荷工况下NOX排放最终呈现先减小后增大；在CO和碳烟排放中呈现显著降低趋势。在反应过程中掺烧DME缩短了滞燃期和燃烧持续时期，混合质量较柴油好，DME和柴油混合后有良好的雾化特性，为后期的DME研究提供参考。     

G4135柴油机燃烧过程数值模拟的研究

采用三维CFD软件,以G4135直喷式柴油机为对象,运用多维燃烧模型,对缸内燃烧过程进行数值模拟。计算了不同曲轴转角下的气体速度、压力、温度、氧气浓度和碳烟浓度等,计算所得数据与相关文献相吻合。结果表明FLUENT所提供的燃烧模型可以作为预测柴油机缸内燃烧的一种有效手段,并为进一步研究同类型柴油机的燃烧性能提供了依据。     

燃烧室几何形状对柴油机燃烧性能的仿真计算

针对某型高压共轨柴油机原燃烧室碳烟排放较高,在保证压缩比不变的前提下,设计了两个不同形状的燃烧室。运用fire软件对不同形状燃烧室进行了三维数值模拟,分析了上止点附近气缸内的气体流动情况以及燃烧和排放特性,得出燃烧室喉口直径过小,不利于燃油与空气的良好混合,易造成局部富油,使碳烟排放增多。通过模拟计算与试验测量结果对比,验证了模拟计算的有效性。     

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。     

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。     

船用柴油机燃烧过程数值模拟

为了解船用柴油机燃烧过程,分别通过数值模拟和排放试验方法,对柴油机的湍流强度、混合气浓度及排放产物进行了分析。结果显示,船用柴油机的缸内湍流并不均匀,喷雾轴线两侧的气体流量变大。NOx在缸内分布的呈现高浓度区域具有从气缸向喷嘴聚焦的趋势。