柴油引燃缸内直喷天然气发动机燃烧和排放特性研究

为研究天然气和柴油喷射时刻对双燃料发动机的燃烧特性的影响,通过AVL-FIRE软件,以固定喷射间隔下的不同喷射时刻为研究变量,对其进行仿真研究。研究结果表明:随着天然气喷射时刻的推迟,缸内平均压力和温度的峰值逐渐降低,减小了发动机的机械负荷和热负荷;天然气于上止点时刻喷射,速燃期和缓燃期的时间之和最短,燃烧过程最快;氮氧化物排放量随喷射推迟有明显减少,故推迟燃料的喷射有利于优化排放。     

柴油发动机的两种共轨燃油喷射系统的对比

柴油发动机燃油喷射系统是影响柴油发动机燃烧性能的关键部件。在柴油发动机燃烧室形状和燃油品质确定的情况下,燃油喷射压力越高,越稳定,燃油喷射的雾化质量就越高,喷射的穿透性、与气缸内空气的迅速混合程度就越高,燃油的燃烧性能就越好。柴油发动机的燃油喷射系统直接影响着柴油发动机的动力性、燃油经济性、HC、NOX排放以及柴油发动机的噪声。     

天然气分段喷射对双燃料发动机性能影响的研究

针对6L190柴油/天然气双燃料发动机,采用天然气分段气态直喷的喷射规律,通过改变其主预喷间隔与预喷量,利用AVL Fire软件对缸内燃烧及排放进行数值模拟研究。结果表明:天然气预喷射能够改善混合气形成质量,缩短主喷射着火滞燃期,降低缸内最大爆发压力和最高燃烧温度,减少NOX排放,优化燃烧,但若要达到良好的预喷射效果,这需要对预喷量和主预喷间隔进行优化调整。间隔角较大时,宜采用较大预喷量;间隔角较小时,预喷量宜减少;间隔角不宜过小,否则效果会适得其反。预喷量固定时,较大的间隔角有利于改善排放;预喷量较小时,排放对间隔角变化相对不敏感。     

天然气中CO_2组分变化对双燃料燃烧室性能影响研究

针对工业燃机对燃料适用性的要求,在某型燃机燃烧室的基础上,设计了一款可以兼顾柴油与天然气并满足工程应用的双燃料燃烧室。为考察天然气组分变化对燃烧室性能的影响,采用CFD软件对双燃料燃烧室在不同天然气组分情况下的燃烧场进行数值分析。研究结果表明,当天然气燃料中含有的惰性气体越多时,燃料喷射速度越高,燃烧室出口温度分布均匀性变差,燃烧区最高温度越低,高温区面积越小,高温区逐渐后移。     

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。     

进气压力对柴油微引燃乙醇发动机的影响

基于单缸四冲程柴油机,对在船舶上具有应用前景的柴油微引燃乙醇发动机进行燃烧、性能及排放特性研究。以所采用发动机中能实现压燃着火的最小柴油量为固定引燃柴油喷射量,比较进气压力分别为0.15 MPa和0.20 MPa的工况组,通过改变柴油喷射时刻来进行工况扫描。结果显示:进气压力更大的工况,着火滞燃期更短,燃烧持续期更长,指示热效率更低;存在两阶段着火的工况点,第一阶段放热的占比更大;进气压力增大时,氮氧化物(NOX)排放更低,但未燃碳氢(UHC)与一氧化碳(CO)排放更高。     

缸内液喷LNG/柴油双燃料发动机燃烧特性

以L21/31船用中速柴油机为原型,在不改变燃烧室结构的基础上,将其改装成缸内液喷LNG/柴油双燃料发动机,利用AVL_FIRE软件展开三维数值模拟,研究此双燃料发动机的LNG替代率极限及高替代率时的缸内燃烧及排放性能。研究结果表明:改装后双燃料发动机LNG替代率极限为99.5%,当替代率大于99.5%时,LNG无法被引燃;在正常燃烧条件下,保持引燃柴油及液化天然气喷射正时和喷射时间间隔不变,随着液化天然气替代率的增加,液化天然气燃烧始点基本不变,缸内最大爆发压力和最高燃烧温度降低,进而降低NO、CO的生成量和排放量。     

缸内液喷LNG/柴油双燃料发动机燃烧特性

以L 21/31船用中速柴油机为原型,在不改变燃烧室结构的基础上将其改装成缸内液喷LNG/柴油双燃料发动机,利用AVL_FIRE软件展开三维数值模拟,研究此双燃料发动机的LNG替代率极限以及高替代率时的缸内燃烧及排放性能。研究结果表明：改装后双燃料发动机的LNG替代率极限为99.5%,当替代率大于99.5%时,LNG无法被引燃;在可以正常燃烧条件下,保持引燃柴油及液化天然气喷射正时和喷射时间间隔不变,随着液化天然气替代率的增加,液化天然气燃烧始点基本不变,缸内最大爆发压力和最高燃烧温度降低,NO、CO生成量和排放量降低。     

天然气发动机供气系统的开发研究

为利用分层进气实现天然气压缩燃烧,设计开发了由高、低压气路组成的供气系统：缸内高压供气的关键是实现输出压力稳定(0～12MPa)并呈线性输出;进气道低压供气(0～0．4MPa)要求燃料混合均匀减小浓度分层,为此对高压气路中的高压减压器和高压喷射阀进行改型设计,标定试验表明天然气输出压力稳定,基本呈线性输出,简化了控制环节;对低压气路的喷流形成过程进行可视化研究,为确定喷射参数提供了理论依据。整套供气系统实现了天然气供给压力、定时、数量的柔性控制,为进一步研究天然气压燃机理提供了便利条件。     

喷孔位置对船用天然气发动机燃烧及排放影响的模拟研究

为了探究天然气与柴油喷孔位置对天然气发动机燃烧和排放的影响,基于L23/30天然气发动机,建立了柴油引燃天然气的发动机模型,利用CONVERGE软件对燃烧过程和排放进行模拟分析。模拟结果表明：由于天然气与柴油喷孔位置变化的影响,会导致柴油引燃天然气在空间的变化,因此对发动机的燃烧和排放造成了影响,通过对比不同喷嘴间的距离和不同喷嘴分布的设计方案得出,采用中心对称设计时获得了较好的燃烧和排放性能。     

船用HND三燃料发动机研究进展及发展趋势探讨

由于船用发动机节能减排的需要,使用清洁能源作为替代燃料成为一个重要的发展方向。结合国内外针对氢-天然气-柴油(HND)三燃料发动机的研究,分析此类发动机燃烧性能和排放性能。增加氢气在混合燃料中的比例使得发动机缸内压力峰值提升,缸内温度增加,有助于提高发动机效率和机动性;一氧化碳、二氧化碳、总碳氢排放随氢气比例的升高而减少;氮氧化物排放有所增加;颗粒物排放显著减少。随着氢能源战略的发展,船用HND三燃料发动机在未来有望得到商业化推广应用。     

运行参数对双燃料船用柴油机燃烧和排放性能的影响

为研究运行参数对天然气-柴油双燃料船用发动机燃烧和排放的影响,运用AVL_FIRE仿真软件基于4190Z_LC-2型船用中速柴油机,构建燃烧室高压循环模型。通过将仿真数据和台架试验得到的缸压曲线进行对比,验证模型的准确性。采用模型仿真,研究运行参数对燃烧和排放性能的影响。结果表明:天然气替代率可以明显改善NO的排放,过高的替代率会降低指示功率,损失部分动力性;提高进气温度可改善燃烧质量,合适的进气温度可以改善动力性和经济性;提高进气压力有增压效果,适当提高进气压力可获得较好的动力性和排放性;喷油提前角的增大,会延长滞燃期,缩短后燃期,而合适的喷油提前角可以避免工作粗暴,改善柴油机动力性。     

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。     

船用LNG发动机掺烧模拟废气-燃料重整气缸内燃烧过程仿真

为研究废气燃料重整再循环技术(REGR)对船用LNG发动机性能的影响,搭建试验台架,进行性能测试;运用AVL-fire软件建立发动机燃烧室仿真模型,并依据试验数据验证仿真模型的准确性。基于该模型进行各负荷下不同废气再循环系统(EGR)率及在确定的EGR率下掺烧不同比例模拟重整气的仿真计算,并以75%负荷下的工况为例进行详细分析。计算结果表明,随着EGR率的升高,缸内平均压力和平均温度的峰值下降,燃烧过程整体后移,燃烧持续期增加,发动机的指示功率和NO比排放下降,指示燃油消耗率增加;掺混重整气比例增加,缸内平均压力和温度峰值升高,燃烧持续期缩短,指示功率和NO比排放升高,在重整气掺混率升高到一定程度时,指示燃油消耗率明显下降。综合分析发现,使用REGR技术可在不牺牲发动机的动力性和经济性的前提下降低液化天然气(LNG)发动机的NO比排放。     

导弹弹射装置冷却器中液滴轨迹及特性的数值模拟

为研究高温高压超音速燃气中的横向喷雾的液滴轨迹及沿轨迹的特性变化,给导弹弹射装置的设计提供依据,本文采用拉格朗日方法,应用颗粒轨道模型追踪液滴的运动轨迹并计算液滴沿轨迹的速度、温度和直径的变化.分析了气相参数及喷雾条件对颗粒轨迹及特性的影响.计算结果表明,小颗粒液滴速度变化快,蒸发快,流向位移及渗透深度小.提高气相压力和温度均能加快蒸发,压力和温度越高,液滴达到的饱和温度越高.气相速度越大,液滴达到的流向速度越大,流向位移也越大,但超音速气相速度变化对蒸发速度影响较小.液体喷射速度的变化对蒸发速度基本没有影响,喷射速度越大,渗透深度越大.液体温度越高,液滴直径减小越快,蒸发越快.     

柴油微引燃喷射策略对双燃料柴油机RCCI燃烧性能的影响

双燃料柴油机采用柴油微引燃天然气的RCCI(reactivity controlled compression ignition,RCCI)燃烧方式能够优化排放和经济性能.本文研究微引燃柴油采用3次喷射的方式,即预喷、主喷和尾喷分别控制预喷、主喷和尾喷的喷射始点时刻,通过仿真实验的方法研究其对柴油机缸内压力、温度、放热...     

喷油提前角及孔径对二甲醚/柴油发动机性能的影响

为了研究二甲醚/柴油双燃料发动机在不同喷油提前角及喷孔直径下的缸内燃烧特性和排放性能影响，以电控改造后4190Z_LC-2型中速柴油机为试验平台，建立仿真模型，并验证其准确性。结果表明：喷油提前角从16.6°CA BTDC增加到22.6°CA BTDC，缸内压力和温度曲线增大，放热率前移，但其峰值有所下降。通过缸内速度场和温度场云图可知，速度场分布规律与缸内压力和温度曲线相同，温度场升高速率提升，油气混合更为充分，提高了发动机动力性，同时NO排放显著增加，CO排放无明显变化，CH₂O排放略有降低。随着喷油孔直径减小，油束形成更为细小液滴，蒸发雾化过程速率加快，喷入缸内气体混合更加充分，燃烧更旺盛，缸内爆发压力和最高温度都呈上升趋势。缸内湍流动能增大，提升混合气体的质量。缸内温度小幅上升，soot排放得到抑制，NO排放略有增加，指示油耗率出现先减少后增加趋势，指示功率则是先增加后减少。该研究对DME/柴油发动机性能研究提供理论基础。     

关键技术：天然气发动机技术

源课题：《天然气分段喷射对双燃料发动栅性能影响研究》新技术：天然气发动机技术发展及应用来源：肖民,周星星 经过百余年发展,内燃机已成为当前主流动力设备。目前,船舶动力仍以柴油机为主,大量的废气排放和燃油泄漏给水域造成严重污染。我国己进入能源结构调整和发展新能源的战略调整期,构建低碳低排放的能源体系是发展的重点。     

部分预混耦合EGR对天然气直喷发动机的影响

以一台四冲程高压直喷天然气发动机为研究对象,模拟研究了5种天然气预喷量耦合5种废气再循环（EGR）率对部分预喷天然气发动机的燃烧和排放特性的影响。结果表明,相比于高压直喷模式,部分预喷模式有着更高的缸内峰值压力、峰值热释放率和最大压力升高率。预喷比例的增加会提前发动机燃烧相位、缩短燃烧持续期,进而降低发动机的指示燃料消耗率,但是EGR的加入会削弱这种效果。较高的预喷量耦合中等比例EGR能够削弱NOx-soot的“trade-off”关系;30%EGR率耦合40%预喷量能够使发动机具有较低的指示燃油消耗率,产生较低的甲烷、未燃HC和CO排放,以及优于非预喷方案的NOx和soot排放特性。