柴油机扩压长支管定常流动特性数值模拟与试验研究

采用数值模拟与试验手段进行了轴对称柴油机扩压长支管的定常流动特性研究，对扩张角为6°、10°、15°扩压长支管的研究表明：进出口面积相同的扩压长支管，随着扩张角度的增大，由于截面速度畸变逐渐严重，直至分离及回流发生，而使扩压管的通流特性、扩压特性性能变差。     

柴油机活塞三维温度场数值计算与分析

针对柴油机活塞的热负荷问题,以195柴油机为研究对象,建立了活塞温度场的数学模型和边界条件,进行了额定工况下195柴油机活塞温度场的计算,获得了温度场的数值分布。计算结果表明,活塞顶部的热负荷集中在燃烧室,最高温度为382°C,位于燃烧室中心。燃烧室下部温度较低,背离活塞中心侧的外边缘的温度也较低,同时位于燃烧室排放口的温度也比较低,而温度较高的区域分布于燃烧室偏离活塞中心一侧。由此可见,活塞顶部的不同区域温度分布还是有比较大的差异。活塞第1环槽最高温度为150℃,活塞的热负荷在允许范围之内。     

某船用柴油机SCR系统混合器结构参数仿真优化

在某船用柴油机SCR反应器及尿素喷射系统结构参数优化的基础上,建立SCR混合器三维仿真模型,研究SCR混合器叶片角度和安装位置对SCR系统的混合均匀性、压力损失、NH₃逃逸、NOx转化率的影响。仿真结果表明：混合器叶片角度为15°、安装位置离喷嘴下游75mm时,可使催化剂进口截面的NH₃分布均匀性系数提高4.5%,NOx转化率提高6%。     

小型旋流燃烧器冷热态流场数值模拟

本文以一种装载在液货船上的小型旋流燃烧器为对象,利用Fluent商用软件,采用非预混PDF燃烧模型、DPM离散相模型和D0辐射模型等,对其内部冷热态流场进行数值模拟研究,得到了燃烧器内部燃油喷射、油气混合以及燃烧流动的规律,模拟结果和试验数据基本吻合。通过分析燃烧室内部压力场、速度场、温度场、组分浓度场的变化,找到燃烧室内部烟气流动的规律,仿真结果对实际运行、设计及改造提供了有益的参考意见。     

双燃料燃气轮机喷嘴结构及性能研究

针对工业燃机对燃料适用性的要求,为实现机组在工作状态下燃料的无扰动切换技术,在某母型机燃油喷嘴的基础上,设计一款可以兼烧天然气和轻柴油的双燃料喷嘴。为考察喷嘴结构对燃烧性能的影响,采用Fluent软件计算天然气斜气孔的旋向、径向角度、旋流角度、气孔直径等参数对燃烧场的影响,并与原型机燃油流场进行对比分析。研究结果表明,当斜气孔与空气旋流器同向、旋流角度为40°、径向角度为30°、孔径为1.0 mm时,燃烧室出口温度场特性良好,出口温度最大不均匀度为22%,径向不均匀度为5.6%,周向不均匀度为1.0%,总压损失为3.6%,燃烧效率为98.6%。天然气燃烧场特性与轻柴油燃烧场基本一致,说明该型双燃料喷嘴能满足不同燃料燃烧的性能要求。     

高弹性扭转联轴节

图1所示BR100联轴节适用于在同时出现轴向位移、径向位移或角位移时要求具有高阻尼和较大扭转弹性的传动。通过传递额定扭矩时的11°扭转角和冲击载荷条件下的27.5°扭转角可以改善扭转振动并减小振幅。由于这一暂时缓冲,冲击力矩变为无害。因此可在尽可能宽广的扭振范围内选择这种组合元件。     

深水刚性跨接管安装过程中关键因素分析

结合中国南海1500m水深海况,使用非线性时域分析软件Orcaflex建立“M”型深水刚性跨接管有限元模型。分析跨接管在波浪及海流作用下,三种典型安装工况：提升工况,通过飞溅区工况以及着陆工况中,不同浪向和绞车下放速度对跨接管强度的影响。并根据API RP 2RD规范校核不同安装工况中的牵引力和结构应力响应是否满足要求。结果表明：提升过程中,绞车需要控制适宜的提升速度以避免发生支撑框架结构碰撞;通过飞溅区过程中, 45°浪向角时跨接管的应力响应最小,为理想施工浪向角;着陆过程中,绞车牵引力达到最大值,数值仿真可以预报安装施工船所需的基本起重能力。分析结果对南海深水跨接管安装具有一定参考意义。     

救生艇用2105柴油机活塞温度场数值计算与分析

针对柴油机活塞的热负荷问题,以救生艇用2105直喷式柴油机为研究对象,建立了活塞温度场的数学模型和边界条件,进行了额定工况下2105柴油机活塞温度场的计算,获得了温度场的数值分布.计算结果表明,活塞顶部的热负荷集中在燃烧室,最高温度为330℃,位于燃烧室中心.活塞顶部不同区域温度分布差异较大,在燃烧室偏离活塞中心一侧温度偏高,位于燃烧室喉口排气一侧、活塞顶面燃烧室背离活塞中心一侧外缘、燃烧室底部一圈温度较低.活塞第一环槽最高温度为180℃,活塞的热负荷在允许范围之内.     

船用发动机SCR混合器优化仿真分析

本文首先针对船用低压SCR系统设计新型旋流板式混合器,与某船用柴油SCR系统折流板式混合器对比,对它们管路内部流体的流动特性和混合效果进行数值模拟分析。结果显示,新型旋流板混合器管路内部流体混合效果有所提升,但管路的压力损失增大。对新型混合器进行结构参数优化,包括空间布置方式、双层混合器设置、混合叶片倾角及混合器管路尺寸等,仿真结果表明：混合器布置在尿素喷射点后比布置在喷射点混合效果略有提升,但压损增大;双层旋流板能引起更大的旋流,管内流体混合性能明显提升,但压力损失也随之增大,改变旋流片的位置和角度能够改善混合性能及压力损失,但压力损失与混合性能协同改善不良;增大混合器管路管径和长度能有效协同改善混合效果和压力损失,混合器管为530 mm双层旋流板式混合器叶片倾角50°时效果最佳。     

顶部张紧式立管干涉分析

顶部张紧式立管（TTR）是油气开发必不可少的立管类型。研究了南海1500米水深半潜式干树深水平台TTR的概念设计,使用ORCAFLEX软件建立TTR的干涉分析非线性时域分析模型,基于Huse尾流模型,分析了浪流方向为0°,45°,90°,135°和180°的100年一遇环境载荷下的立管间距。结果表明,浪流方向为0°时立管最小间距小于TTR最大外径之和,发生干涉,其他方向不发生干涉。TTR为阵列式设计的立管群,应当从多方面因素考虑以避免干涉发生的危险,合理安排立管间距、调整TTF等措施可以有效减小干涉发生的可能。     

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。     

相继增压对某型柴油机性能影响及喷油参数再优化

对某采用相继增压与可控进气涡流复合系统的柴油机建立了缸内仿真模型,分别对可控进气涡流系统和相继增压与可控进气涡流复合系统的燃烧过程进行仿真计算,结果表明,在低工况下后者排气中NOX、Soot的质量分数分别降低了54%和86.1%。并对相继增压与可控进气涡流复合系统柴油机喷油提前角、喷雾锥角进行了再优化仿真计算,结果表明,优化后喷油提前角为20°CA,喷雾锥角为155°。     

双通道旋流式燃烧器出口冷态流场的流动特性分析

依据试验结果，针对一种带入口旋流器的双通道旋流式燃烧器出口冷态流场进行了详细的数值模拟，对比分析了这种双通道旋流式燃烧器在各影响参数变化情况下出口流场的变化规律和特点，所得预测分析结果为这种带人口旋流器的双通道旋流式燃烧器的性能优化与设计提供了依据。     

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。     

基于正交—主元分析对柴油机燃烧参数匹配优化

基于电控化改造后的4190柴油机,利用AVL—FIRE软件建立天然气—柴油双燃料发动机燃烧室高压循环模型,并与原机进行验证。采用正交试验法以指示功率和NOX生成量为优化目标,并对燃烧参数进行匹配,进行仿真试验。利用主成分分析法对仿真结果进行优化分析,将优化结果与正交试验结果对比并最终代入模型进行检验。通过正交—主成分分析得出：柴油机运行参数对低温燃烧影响的主次顺序与正交试验设计基本一致,且具有更高的可靠性和准确度。优化后的参数为：天然气替代率45%,进气压力0.224MPa,EGR率12.5%,进气温度335.15K,喷油提前角22.7°对应的指示功率为37.83kW,NOX生成质量分数比原机降低78.73%,比极差分析最优组合降低10.92%。该优化方案在保证动力性的前提下可以有效地降低NOX排放。     

下水式升船机船厢底缘形式研究*

通过比尺为1:20的船厢出入水过程概化物理模型,对下水式升船机船厢主体底缘形式进行系统研究,探讨不同底缘形式的船厢对出入水过程船厢池水面波动、吸附力、拍击力及附加水动力荷载的影响。研究表明：船厢底缘角度的增大可有效降低船厢出水吸附力与入水拍击力,同时考虑到船厢底缘角度的增大会引起船厢质量的增加,提出船厢底缘较优角度为4°。     

斯特林发动机燃烧室氧-柴油无焰燃烧的数值研究

对斯特林发动机燃烧室氧-柴油无焰燃烧进行数值模拟。研究表明：氧-柴油无焰燃烧相比于传统氧-燃料燃烧需要卷吸更多的烟气来对纯氧进行稀释。直流燃烧室和旋流燃烧室内实现无焰燃烧的引射比分别为32和11.5,旋流燃烧室有助于无焰燃烧的实现。氧-柴油无焰燃烧的火焰峰值温度比传统燃烧模式低600 K左右,火焰峰值温度大幅下降。氧-燃料模式下燃烧室温度变化在20%以上,而氧-柴油无焰燃烧模式下温度变化小于15%,燃烧室温度均匀性显著提高。     

单扩张腔消声器流场特性与温度场研究

以某型船用排气消声器为研究对象,为改善流体阻力对船舶柴油机的功率影响及消声器表面热辐射造成的机舱通风的影响,对其单扩张腔消声器的阻力损失与表面温度场进行了详细的分析与研究。利用大型通用CFD流体计算软件对消声器的流体流动与表面温度场进行了分析计算,通过适当改变内部内插管的布置,可有效改善内部紊流流场,降低消声器的流动阻力;通过包覆一定厚度的隔热材料,可有效降低消声器表面温度,降低热辐射。     

从《内河通航标准》看某些特殊限制性航道宽度的确定

通过对国家标准《内河通航标准》(GB50139-2004)的分析和计算,找出了影响航道宽度的主要参数和变动范围。当船舶或船队的尺度确定后(主要是长和宽),航道宽度即取决于航迹带宽度,而航迹带宽度又取决于航行漂角的大小。根椐特殊限制性航道———中间渠道和渡槽的运行特点,推求出其宽度的计算方法和结果。此时仍可用GB中相同的计算公式,对于1~3级航道航行漂角取2°;4~5级航道取1°;6~7级航道取0.7°。安全距离对单线航道取两个0.17倍航迹带宽度;对双线航道取0.34倍两个船舶或船队的航迹带宽度。