EGR对柴油机的燃烧、关键反应组分和排放的影响

采用CFD技术建立了某柴油发动机及其燃烧的模型。利用该模型算得的缸内压力曲线与参考文献的试验结果较为吻合,验证了模型的正确性;接着对该模型进行模拟,分析了EGR对发动机燃烧过程、关键中间反应组分(H、N、OH与O)的变化以及NO和Soot生成的影响。     

二甲醚发动机HCCI燃烧的试验和数值模拟研究

结合详细化学反应动力学机理,采用单区模型计算了二甲醚发动机均质充量压缩燃烧过程中缸内压力、缸内温度、重要中间产物浓度、NOx 浓度等的变化,并将计算结果与试验结果进行了比较。结果表明,二甲醚均质充量压缩燃烧具有两阶段着火特性,着火时间、NOx 排放和缸内压力变化趋势预测准确。     

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...     

当量比对CNG发动机动力及排放性能的影响

为了研究缸内直喷稀燃CNG发动机在不同当量比条件下的动力及NO排放性能,利用AVL Fire建立了发动机仿真模型,通过样机试验确定了仿真初始参数和边界条件;通过软件仿真发现了气缸内微观三维物理场与缸内压力、燃烧放热率和NO生成量间的内在联系,总结出了CNG发动机中导致NO快速生成的因素,并给出了能够在保证发动机动力性提升的同时降低NO生成量的最优当量比范围。     

HCNG发动机的多维数值模拟研究

利用KIVA-3V程序平台,建立起适用于不同掺氢比HCNG发动机燃烧模拟的数值模型。通过试验缸压值和燃烧放热率与模拟结果的对比,验证了该模型可靠性。利用该模型研究了0、30%和55%这3种不同掺氢比HCNG发动机燃烧过程中的缸内温度分布状态。研究结果表明,掺氢可以降低点火延迟期,提高燃烧速度和燃烧稳定性;掺氢比越高,缸内最高燃烧温度越高,不利于氮氧化物排放;可以通过增加过量空气系数、降低燃烧温度来减少氮氧化物排放。     

点燃式CNG发动机燃烧过程研究

利用混合气形成和燃烧三维模型建立了针对CA6SE1—21N增压点燃式CNG发动机的数值模拟研究平台,并对模型进行了试验验证,同时研究了该发动机混合气形成和燃烧的缸内微观变化历程。验证结果表明,CNG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CNG发动机进行模拟分析。模拟结果表明,缸内混合气形成可分为大幅度掺混和弱流动混合两个阶段;采用螺旋进气道与平缸盖时,在压缩后期逐渐形成强涡流、低滚流的刚性涡;点火时刻缸内混合气呈上稀下浓的分布,不利于提高点火稳定性和火焰传播速度。     

异辛烷HCCI发动机燃烧特性的大涡数值模拟

通过修改发动机多维CFD计算程序KIVA-3V,并与化学动力学程序CHEMKINⅢ相耦合,建立了异辛烷HCCI发动机燃烧过程的大涡模拟(LES)计算模型。利用此模型对异辛烷HCCI发动机的燃烧特性进行了详细分析。发动机以异辛烷为燃料,其化学反应采用了详细的动力学机理。结果表明:大涡模拟所得到的缸内压力变化趋势与试验基本吻合;采用LES模型计算时,缸内混合气燃烧区域以柱形向四周扩散,而采用k-ε模型计算时以球形向四周扩散。     

掺氢天然气HCCI发动机燃烧特性数值模拟研究

为了研究不同运转参数对掺氢天然气均质压燃（HCCI）发动机的燃烧特性影响,基于Chemkin模拟软件,结合GRI-Mech3.0化学反应动力学机理,建立了HCCI 发动机的数值模型。数值模拟了掺氢天然气HCCI发动机在掺氢体积比为5%时不同运转参数下的燃烧特性,主要包括对发动机燃烧过程中缸内压力、温度、燃烧放热率和NO_x排放的影响。结果表明,在掺氢天然气HCCI发动机燃烧过程中,转速变化对缸内温度、压力和燃烧放热率的影响不大,但NO_x排放随转速增大而减小;缸内温度、压力、燃烧放热率及NO_x排放随过量空气系数增大而降低;缸内压力、燃烧放热率及NO_x排放随进气压力增大而提高,进气压力对缸内温度影响较小;缸内温度、压力、燃烧放热率及NO_x排放随进气温度增大而提高。为实际改善掺氢天然气HCCI发动机的燃烧动力性、经济性和减少排放提供了理论依据。     

一种基于HCCI模式的参比油简化机制及其验证

引入数值模拟精度的定义,采用两组分参比油模拟了HCCI发动机点火过程,对Youngchul Ra和Rolf D. Reitz提出的正庚烷与异辛烷氧化过程进行敏感性分析及优化处理,对H.J.Curran的详细反应机理进行数值验证,在验证范围(初始温度530~600 K,当量比0.3~0.8,压缩比12.5~28)的大部分区域内,优化后简化模型的数值模拟结果满足一级精度。利用HCCI发动机的三维CFD耦合化学动力学模型,模拟缸内燃烧流动过程,得到缸内压力及中间产物和燃烧相位的关系,计算结果与试验结果吻合较好。     

稀燃CNG发动机燃烧稳定性的数值模拟研究

利用三维燃烧模型对稀燃CNG发动机的燃烧过程进行数值模拟,研究在引入过量空气系数的循环变动情况下,发动机转速对稀燃CNG发动机燃烧循环变动程度的影响。通过对比计算和试验结果,验证了模型的可靠性,并且分析了燃烧过程中不同时刻下的缸内温度分布情况。根据多个循环的计算结果,定量分析了发动机转速对燃烧循环变动的影响,转速的提高将使燃烧循环变动减弱。计算还得出,转速的改变对燃烧循环变动的影响程度大于对燃烧峰值压力均值的影响。     

柴油废气重整柴油机工作过程数值模拟

柴油机的主要排放污染物是碳烟和NOx,柴油重整废气再循环（REGR）可降低NOx和碳烟排放。文章利用三维CFD软件FLUENT,模拟计算并对比分析了ZS195柴油机在原机和柴油废气重整2种情况下的气缸内部燃烧压力、温度、O2浓度、NOx浓度和碳烟浓度。结果表明：柴油废气重整后的气缸内部平均压力和平均温度升高,但是最高温度降低;气缸内部O2浓度降低;NOx排放和碳烟排放同时降低。     

直喷柴油机“双壁面射流”燃烧系统的设计与试验研究

基于喷束壁面引导、分层技术和空间分散的思想,设计了一种新型的柴油机燃烧系统——"双壁面射流"燃烧系统,提出了"双壁面射流"燃烧系统的设计原则和燃烧方法,并进行了试验研究。试验结果表明:柴油机采用新型燃烧系统后,气缸压力和NOx排放降低,扭矩点的缸压峰值由原机的13.0 MPa降低到10.7 MPa,标定点的缸压峰值由原机的12.5 MPa降低到10.1 MPa;扭矩点的NOx排放体积分数由原机的731×10-6降低到487×10-6,标定点的NOx排放体积分数由原机的516×10-6降低到369×10-6;在燃油消耗率与原机相当的情况下,烟度仅恶化0.2~0.3 BSU。     

预混合氢气对柴油机燃烧和排放性能的影响

针对预混合氢气的柴油机,在AVL Fire软件上建立了计算模型,并与试验结果进行对比,验证模型的准确性。在此基础上改变了喷射策略,对发动机缸内工作过程及相应的燃烧和排放性能进行数值模拟和分析。研究结果表明：随着预混合氢气质量分数的增加,缸内压力和温度升高,NOx 排放恶化,Soot排放改善;随着预喷射油量和预喷间隔角的增加,NOx 质量分数升高,Soot质量分数降低;随着后喷射喷油量的增加,缸内压力和放热率稍微减小,NOx 和Soot质量分数降低;随着后喷间隔角的增加,缸内压力、放热率、NOx 和Soot排放均未发生明显变化。     

多次喷射对柴油机燃烧与排放影响的试验研究

基于1台高压共轨涡轮增压柴油机,采用不同的预喷正时、预喷油量与后喷正时等,研究了多次喷射对燃烧放热、排放生成与燃油经济性的影响,以实现均质压燃和低温燃烧过程。研究结果表明:随预喷正时提前,缸内峰值压力降低,主燃阶段的滞燃期缩短,NOx和炭烟排放均降低;随预喷油量增加,预喷阶段燃烧的放热率和最大压力升高率增大,NOx和HC排放增大,而PM和CO排放降低;随后喷始点推迟,缸内压力与主放热率峰值差异变小,NOx排放降低,但炭烟排放先增大后逐渐降低。     

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。     

基于喷射正时的柴油机燃烧和排放研究

基于集成电控单体泵柴油机,讨论了喷射正时对柴油机燃烧及排放特性的影响规律。喷射正时对滞燃期和速燃期有显著的影响,从而影响放热规律、缸内压力和燃烧温度,进而对NOx和PM排放特性有显著的影响。在中大负荷下,随着喷射正时的滞后,放热率曲线相对于上止点的相位滞后,缸内最高燃烧温度下降,NOx排放下降,PM排放升高。在中小负荷下,随着喷射正时的进一步滞后,NOx和PM的排放同时下降。     

基于负阀重叠EGR策略的HCNG发动机仿真

为降低HCNG发动机NOx排放,采用负阀重叠EGR策略,利用AVL-Fire软件对HCNG发动机不同进气门开启角(θIVO)下的进气过程和燃烧过程进行了三维仿真计算,对比分析了采用负阀重叠前后发动机缸内EGR分布和燃烧过程。仿真结果表明:负阀重叠EGR策略下,排气门关闭角(θEVC)固定为340°曲轴转角不变,当θIVO为380°曲轴转角时,既可避免发生回火又能保证一定的进气量及充气效率;采用负阀重叠后,在压缩冲程后期,缸内EGR率呈梯度分布(靠近火花塞位置EGR率较低),更有利于着火及火焰传播;采用负阀重叠可降低缸内最高燃烧压力及最高温度,但会减少进入气缸的新鲜工质,降低发动机功率;通过负阀重叠实现内部EGR可降低NOx排放,但会导致着火困难,燃烧速度变慢;提高点火能量可缩短着火落后期和燃烧持续期,加快燃烧速度。     

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。     

燃油二次喷射对柴油机燃烧和性能的影响

在Ricardo Hydra单缸柴油机上,采用一次主喷射+一次后喷射的方法进行了5组燃烧对比试验。示功图和缸内燃烧分析表明,两次喷射有效地延长了等压加热过程,平均有效压力得到较大的提高,NOx排放有一定幅度的下降。     

汽油机富氧燃烧特性试验研究

在1台4G18汽油机上进行富氧燃烧试验,进气中O2体积分数分别为21%,23%和25%,研究了不同富氧燃烧条件下的缸内压力、瞬时放热率及THC,CO和NOx排放.研究结果表明:在汽油机中低负荷典型工况下,随着进气中O2体积分数的增加,燃烧与排放均有改善,燃烧相位提前,缸内压力峰值和瞬时放热率峰值均增大,THC,CO排放...