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。     

通向氢燃料未来的桥梁--氢发动机和其混合动力车

在开发氧动力领域，当今国际车坛的主攻方向是燃料电池车并取得了丰硕的成果，新车款不断涌现。从氢能的利用角度看，宝马则认为开发氢发动机更具现实主义。近年来，除宝马在各大车展上率先展示了装载氢发动机的多款轿车外，福特的氧发动机混合动力车和马自达的氢转子发动机跑车也先后推出。这些多种形式氢发动机车的成功开发向人们呈现出氢能广泛利用的美好前景。     

缸内直喷式汽油机工作过程三维数值模拟

将一台柴油机改装为缸内直喷式汽油机,采用KIVA-Ⅱ软件时缸内直喷式汽油机的两个典型工况(分层燃烧和均质预混合燃烧)的燃烧过程进行了三维数值模拟。计算结果表明,采用分层燃烧和均质预混合燃烧具有不同的火焰传播方式和特点。     

可用于轿车和轻型货车的氢燃料发动机

德国博世公司和奥地利格拉茨理工大学对氢燃料发动机方案的混合气形成、燃烧和废气排放等方面进行了评价。对1台废气涡轮增压汽油机进行了改造,并为其配备了氢燃料直接喷射系统。试验研究表明,通过适度的开发工作,已使该款氢燃料发动机具备了较高的功能性潜力。     

欧盟认可氢燃料发动机为未来技术

10个欧洲合作伙伴历经3年成功完成了氢燃料内燃机项目（HyICE），实现对氢燃料内燃机的优化，标志着首次跨大西洋氢技术合作的成功。该项目由欧盟委员会发起并推广，项目研发出一款氢燃料内燃机，这款发动机比其他驱动系统在性能和成本上更具优势。该项目由宝马集团研究与技术中心负责协调，格拉茨技术大学、贺尔碧格阀门技术公司、MAN商用汽车公司、沃尔沃科技公司及宝马集团研究与技术中心为这个项目开发和试验了2种燃气混合模式概念：直喷和外部致冷混合模式。采用这两种方法，发动机的性能均提升1倍，同时能耗降低。这两种模式已在乘用车和城市巴士的发动机上得到验证。必要的关键性部件也同时研发。     

可实现零排放的氢燃料发动机

从技术层面而言,发动机的高效率与废气排放之间往往存在着相互矛盾的情况。德国WTZ公司开发了1款新型发动机,通过将空气中的氮气替换成不参与反应的惰性气体,以避免氮氧化物(NOx)的产生。     

氢燃料汽车与氢燃料电池汽车

全世界汽车每天消耗石油1600万升，这样下去，人们担心地球上原油会很快用光。因此汽车界人士近年来投入大量精力，开发和研制各种借用燃料汽车。在众多代用燃料中，氢气燃料和氢燃料电池是目前较有生命力的新汽车能源。本文介绍了氢气储存和使用的关键技术及存在的问题，综述了氢燃料轿车和氢燃料电池轿车研制、开发以及实际使用的现状。     

欧洲的氢燃料发动机技术

10个欧洲合作伙伴成功完成了氢燃料内燃机项目(HyICE)——历经三年,实现对氢燃料内燃机的优化。该项目由欧盟委员会发起并推广,项目研发出一款氢燃料内燃机,这款发动机比其它驱动系统在性能和成本上更具鲜明优势。项目组成员包括汽     

欧盟认可氢燃料发动机为未来技术

欧盟氢燃料内燃机项目的完成标志着首次跨大西洋氢技术合作的成功。10个欧洲合作伙伴成功完成了氢燃料内燃机项目(HyICE)——历经三年,实现对氢燃料内燃机的优化。该项目由欧盟委员会发起并推广,项目研发     

进气可变滚流系统应用于缸内直喷汽油机的数值模拟

建立了缸内直喷(GDI)汽油机三维数值模型,在分析原机工作过程的基础上引入了可变进气滚流系统(VITS).首先采用稳态CFD方法对两种方案进行了分析,进气可变滚流系统工作时气门最大升程的流量系数降低56％,滚流比提高221％.然后对该发动机进气、压缩和油气混合过程进行了瞬态CFD分析,结果显示,可变进气滚流系统工作时,在缸内能形成更规则的大尺度漩涡,与原机相比燃油蒸发速度更快,混合气均匀性更好,适用于GDI发动机均质燃烧模式.     

二行程汽油机分层扫气性能的数值模拟研究

简述了二行程汽油机常用的两种分层扫气方式(空间分层和时间分层)的工作原理,并采用计算流体力学(CFD)程序对其分别采用均匀扫气和这两种分层扫气方式时的换气过程进行了多维模拟计算。计算结果表明,与均匀扫气方式相比,分层扫气方式具有燃油短路损失小的优点,但对扫气性能没有明显的影响,且燃油的混合不如均匀扫气充分。     

缸内直喷汽油机喷油及燃烧过程三维数值模拟

对某直喷汽油机部分负荷时的进气、喷油、混合气形成及燃烧过程进行了数值模拟。分析了喷油正时对混合气分布、燃烧性能及排放性能的影响。模拟结果显示,在喷油开始时刻为480°曲轴转角时混合气分布比较理想,达到了分层稀燃的目标。生成物NO的主要来源是参与燃烧的空气中的氮,NO的生成随温度的提高而急剧增加;炭烟生成的条件是高温和缺氧,局部较浓混合气相对缺氧导致炭烟生成。     

涡轮增压气道喷射汽油机工作过程性能优化

本文对某涡轮增压气道喷射汽油机进行了工作过程性能优化。首先根据实验结果,进行了同系列自然吸气汽油机工作数值模拟模型的标定;然后以该标定后模型为基础,建立了涡轮增压气道喷射汽油机工作过程数值模拟模型;再利用此模型进行了7种涡轮增压器的选型和匹配计算,确定了合适的涡轮增压器;最后分析了压缩比、进排气歧管结构、凸轮升程与配气相位等对该汽油机动力性、经济性的影响,并进行了相应的汽油机参数和结构优化。     

柴油机进气流动的数值模拟

利用CFD软件对载重车用4气门6缸直喷水冷柴油机进气系统进行三维气体流动数值模拟计算,模拟结果给出了气道及气缸内三维流场的分布。从流场切面图可看出,切向气道和螺旋气道的气流之间存在着相互作用,这种作用有利于形成较大的进气湍流;在进气结束时,发现除了涡流以外还存在纵向的涡,在随后的压缩行程中,这些涡在高速转动的同时能量不断耗散,并将能量传递给周围流场,诱导出一个反方向的纵涡;最后给出了TKE(湍流动能)随曲轴转角的变化图。     

基于一维/三维模型耦合的富氧燃烧天然气发动机数值模拟

以某1.0L3缸汽油机为基础,利用GT-Power与Converge建立了天然气发动机耦合仿真模型,并利用原机试验数据对模型进行了验证,研究了进气富氧与EGR对天然气发动机性能的影响特性,对利用进气富氧与EGR改善天然气发动机的性能进行了探讨。结果表明,随进气氧气体积分数提高,天然气发动机平均有效压力显著提高,最大可提高22.8%(氧体积分数为28%时);同时缸内温度和NOx排放升高,排气与传热的能量损失增加,燃气消耗率略有升高。加入EGR可以降低富氧燃烧下天然气发动机燃气消耗率,随着EGR率增加,燃气消耗率主要呈先减小后增加趋势;且随进气氧浓度提高,各浓度下最低燃气消耗率对应的EGR率逐渐提高;NOx排放随EGR率增加而逐渐降低,在进气氧体积分数为23%,25%,27%,29%时,EGR率分别为10%,15%,20%,25%即可将NOx排放降到原机水平;利用进气富氧与EGR可以有效地改善天然气发动机动力不足与NOx排放高的状况。     

3气门摩托车汽油机进气流动特性模拟

应用CFD对具有两个进气道的某3气门125 mL单缸汽油机气道内流场进行了数值模拟,在气缸横切面速度分布图上发现两个进气门的下方会形成两个尺度较大的横向空气流动漩涡;同时在纵切面速度分布图上发现明显的纵向气流漩涡流动,获得了不同升程下的进气流量系数;并将计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明,所选模型和计算方法正确,可以利用数值模拟计算代替试验测试得到进气门流量系数。     

二次喷射对直喷增压小排量汽油机影响的数值模拟

采用经试验验证的喷雾和燃烧模型,对一款小排量增压直喷汽油机进行数值模拟,研究二次喷射(不同喷油时刻和喷油比例)对发动机的油膜形成和混合气均匀性的影响。结果表明,在低速全负荷工况下,该款发动机存在一组最佳喷油参数:第一次喷射开始时刻为60°CA ATDC,第二次喷射结束时刻为170°CA ATDC,第二次喷射燃油比例为30%。     

两段喷射直喷式汽油机(TSGDI)点火特性的试验研究与模拟计算

用试验和数值模拟两种方法研究了点火时刻对两段喷射直喷式汽油机(TSGD I)性能的影响。研究结果表明,对于不同转速和负荷存在着最佳点火提前角,最佳点火提前角随着发动机转速和负荷的升高而减小,过量空气系数对最佳点火提前角的影响较小;模拟计算表明在最佳点火提前角时,火花塞周围形成了燃空当量比为1.0~1.2的较浓混合气区域。