柴油机喷雾和燃烧过程的多维数值模拟计算研究

通过CFD软件FIRE对直喷式柴油机喷雾和燃烧过程的多维数值模拟计算,得到柴油机缸内流场速度、温度和排放污染物浓度分布以及示功图、放热率和排放物生成历程等重要的研究信息,并对其作了详细地分析,为改进现有的直喷式柴油机结构和开发新的燃烧系统提供预见性的指导。     

直喷式柴油机燃烧过程数值模拟研究

本文通过对直喷式柴油机燃烧过程的研究，提出了基于不同尺寸的单油滴蒸发、热力学和排放等子模型建立的直喷式柴油机燃烧过程的双区计算模型。文中给出的计算值与实验值的比较，证明了该模型的可行性和实用性。     

直喷式柴油机碳烟和NOx排放的数值模拟及试验

为预测直喷式柴油机的碳烟和NOx排放,提出了新的小火焰计算模型———RIF模型。此模型是通过引入理想混合比分数空间坐标系,将通常坐标系下的组分方程转换到混合比分数空间坐标系下,得出新的组分扩散方程。将小火焰计算模型与流体动力学程序(KIVA-3V)相嵌套,增加并修改原有计算模块,将湍流喷雾运动和湍流燃烧运动有机分开,计算出直喷式柴油机湍流燃烧后生成的碳烟和NOx,最后通过试验验证了该计算模型。     

小型直喷式柴油机燃烧过程的研究

本文主要介绍了组织小型式直喷柴油机燃烧过程的困难原因．通过对180型在喷式柴油机的试验研究，浅析了燃烧过程参数的匹配关系。同时给出了180型在喷式柴油机的试验结果，并与180涡流空式柴油机的性能作了比没，其申燃油消耗率下降了10％左右，烟度在整个万有特性曲线上不大于1．5波许单位．     

柴油机高压及微孔径下燃油雾化特性的数值研究(Ⅱ)——湍流模型对燃烧的影响

为了有效模拟燃油燃烧过程,向计算流体力学平台KIVA-3V中加入了大涡模拟程序,同时耦合了化学反应动力学软件Chemkin,建立了喷雾燃烧过程的大涡模拟燃烧平台。研究了在高压和微孔径条件下两种湍流模型对燃油雾化燃烧过程的影响,同时对1台Caterpillar 3401重型柴油发动机缸内燃油喷雾燃烧过程进行了数值研究。结果显示,大涡模拟得到的燃油的燃烧过程与试验结果较为接近,燃烧温度分布及缸内压力变化趋势都要好于雷诺平均模型。     

柴油机喷雾混合过程数值模拟的发展与现状

介绍了喷雾模型的类型、发展历史和最新进展,详述了多维工作过程模型中喷雾模型、数值计算方法,介绍了较具有代表性的KIVA系列程序中的喷雾模型,并对这一领域发展中存在的问题和未来的方向进行了探讨。     

不同EGR率对高密度-低温柴油机燃烧的数值模拟

以4100柴油发动机为研究对象,用fire软件模拟分析不同EGR对高密度一低温柴油机燃烧和性能的影响。结果表明,应用EGR能有效降低NOx的排放,但同时发动机的烟度排放会有一定幅度的上升：EGR率的增加会给柴油机的动力性、燃油消耗率、烟度的排放带来不同程度的负面影响,使柴油机的最大爆发压力及放热率峰值下降。     

不同进气压力对高密度-低温柴油机燃烧的数值模拟

应用fire软件模拟分析不同进气压力对高密度-低温柴油机燃烧和性能的影响。对4100柴油发动机进行模拟计算,结果表明：不同进气压力情况下,其燃烧路径大部避开Soot和NOx的主要生成区域;提高进气压力会使燃烧充分,放热速率加快。进气压力对发动机性能影响明显,进一步增大进气压力能在Soot和NOx排放有效降低的同时,发动机的动力性能明显提高而燃油消耗降低。这表明高密度-低温柴油机燃烧模式能够通过提高进气压力同时降低排放和提高热效率。     

喷油器参数对柴油机燃烧特性影响的数值模拟

应用三维CFD模拟软件FIRE,对1台135柴油机的喷雾与燃烧过程进行了数值模拟。通过缸内流场分析和浓度分析,研究了喷孔数、喷孔锥角对燃烧过程的影响及对NOx和炭烟生成的影响。结果表明,喷孔数和喷孔锥角影响燃油的喷雾质量和油气混合质量,进而影响燃烧过程和排放物的生成;CFD模拟计算对优化喷油器参数,从而改进燃烧系统具有指导意义。     

车用直喷式柴油机燃烧系统的发展

详细介绍了车用直喷式柴油机燃烧系统的发展过程及其特点，并阐述了今后柴油机直喷系统的发展趋势。     

燃烧室形状对直喷式柴油机燃烧过程影响的仿真研究

利用CFD模拟软件Fire模拟研究了柴油机不同径深比的缩口形燃烧室对缸内混合气形成、燃烧过程和排放物形成的影响。研究结果表明:三维仿真模拟缸内压力和放热率曲线与试验值基本一致;SF5型燃烧室喷雾贯穿距长,喷雾碰壁早,燃油蒸气反弹使得喷雾分布不均匀,局部出现缺氧,炭烟排放较高;SF5型燃烧室缸内混合气混合良好,燃烧完全,缸内温度较高,NOx生成量大,可以采取推迟喷油的方式降低缸内燃烧温度,从而降低NOx排放。     

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。     

单缸直喷柴油机涡流室燃烧系统外部增压的实验研究

为满足非道路用柴油机的排放法规,从改善柴油机缸内混合气形成质量出发,提出了直喷式柴油机涡流室燃烧系统;设计了柴油机外部增压系统,进行了新型燃烧系统在外部增压下性能的实验研究。结果表明,外部增压能降低柴油机的油耗和排放;增压压力为0.15MPa时,柴油机油耗率最低。增压压力为0.18MPa时,使用4×0.36×140°喷油嘴在供油提前角为8°CA、90%负荷下,NOx排放量仅为常压下的25%。     

大功率直喷式柴油机缸内紊流研究现状与发展

综合介绍了近几年来大功率直喷式柴油机技术发展现状 ,研究了这些新技术对缸内紊流的作用与影响 ,并根据缸内紊流的产生及其特性指出 ,大功率直喷式柴油机应以高压喷射为主 ,利用适当的缸内紊流运动并结合合理的燃烧室结构是获得优越性能的关键。     

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。     

掺烧LPG对直喷式柴油机性能的影响

提出一种柴油机混合燃用LPG的新方式,即LPG/柴油混合喷射方式。分析了不同LPG质量掺混比对发动机热效率、排放特性和燃烧特性的影响。试验结果表明,LPG掺混比较小时,可以改善发动机的热效率;掺混比较大时,烟度和NO_x排放大幅降低,平均有效压力较高时CO排放也有所降低,HC略有升高;LPG混入柴油中对发动机燃烧特性也有显著影响。     

燃烧噪声二级影响因素对柴油机声品质的影响

分析了柴油机燃烧噪声产生机理,采用缸压数据计算燃烧噪声,通过台架试验分析了二级影响因素对发动机燃烧噪声的影响,并在消声室中进行了试验验证。试验结果表明,多次分喷定时和分喷油量对燃烧噪声影响明显,结合调节节气门开度、增压器开度和EGR策略,降低了燃烧噪声突变,使整车语音清晰度提高7%,提高了整车声品质。在怠速状态,节气门开度由30%减小到20%,燃烧噪声显著降低,驾驶室内噪声降低2.0dB。