舰用柴油机预混合等压燃烧的数值模拟及试验研究

运用CFD软件Star-cd对一台舰用高速大功率柴油机实现预混合近似等压燃烧进行了缸内喷雾及燃烧过程的模拟计算,主要考察了不同压缩比的燃烧室型线,以及喷油器喷孔参数对柴油机性能、缸内温度场、速度场和NO排放的分布的影响.经过多方案的计算分析,确定了高速大功率柴油机实现预混合近似等压燃烧的压缩比和喷孔参数,并能在提高柴油机性能的同时降低排放.通过对最优方案的台架试验,在直喷式柴油机上实现了预混合等压燃烧要求的放热率.     

掺烧不同比例二甲醚柴油机燃烧与排放特性的影响

为研究不同比例的二甲醚/柴油混合燃料的燃烧性能与排放特性的研究,以4190ZLC-2型船用中速柴油机为原型机,运用AVL_FIRE仿真软件构建燃烧室高压循环模型,首先通过仿真数据与台架试验的缸压曲线进行对比,验证模型的准确性。研究结果表明：经过双喷油孔的二甲醚（DME）进入缸内后,呈现明显的燃烧阶段DME低温燃烧和柴油扩散燃烧;随着DME的掺烧比例的增大,缸内压力和温度峰值有增大的趋势,对应的相位有所提前;在100%负荷工况下NOX排放最终呈现先减小后增大;在CO和碳烟排放中呈现显著降低趋势。在反应过程中掺烧DME缩短了滞燃期和燃烧持续时期,混合质量较柴油好,DME和柴油混合后有良好的雾化特性,为后期的DME研究提供参考。     

基于超高燃油喷射压力的喷雾特性试验研究与模型修正

为了研究超高压喷射条件下二次破碎喷雾模型对燃油雾化特性的影响,在AVL FIRE软件平台上对燃油喷雾过程进行数值模拟,搭建可视化喷雾闪光摄影试验台架。基于超高的燃油喷射压力对燃油的雾束发展形态进行了图像采集,利用试验结果对二次破碎喷雾模型进行修正,分析模型中主要参数对燃油雾化特性的影响。结果表明：KH波破碎时间常数 C2的减小有利于缩短喷雾贯穿距离,同时避免发生燃油撞壁现象;随着RT波波长常数C4的增大,二次破碎新生油滴的直径变大,雾化效果变差;由于首次破碎过程对二次破碎过程的制约作用,导致C4对喷雾计算结果的影响不像C2那样显著。     

单路压力喷嘴喷雾特性的实验研究

利用光脉动喷雾粒径、浓度测量系统,对Spray公司的LNN14喷嘴进行喷雾特性实验研究,获得了在不同工况下喷雾场液滴尺寸分布和浓度分布的实验结果,得出了喷雾粒径和浓度随压力和喷射距离的变化规律,为降低船舶烟囱口烟羽温度提供了重要的实验依据.     

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。     

PA6舰用主柴油机爆燃分析及修理范围确定

针对PA6舰用主柴油机发生的柴油机爆燃故障,从理论上分析了故障原因,给出了柴油机修理范围,保证了柴油机修复后的可靠性。     

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。     

基于CFD某增压柴油机不同海拔下的燃烧机理分析

在验证平原下某增压柴油机计算模型基础上,对某增压柴油机在海拔2900 m和海拔4250 m条件下缸内工作过程进行了三维数值计算．计算结果表明：与平原相比,随着海拔的升高,放热率峰值下降但放热率重心前移,缸内温度迅速升高,缸内最高温度分别上升309和357 K;缸内最高燃烧压力分别下降4.9和5.53 MPa;NOx 出现时间随海拔上升而稍微提前,NOx 排放量随海拔的上升而下降．研究结果为优化高原增压柴油机的性能提供了参考．     

Experimental Research on Flash Boiling Spray of Dimethyl Ether

The high-speed digital imaging technique is applied to observe the developing process of flash boiling spray of dimethyl ether at low ambient pressure, and the effects of nozzle opening pressure and nozzle hole diameter on the spray shape, spray tip penetration and spray angle during the injection are investigated. The experimental results show that the time when the vortex ring structure of flash boiling spray forms and its developing process are determined by the combined action of the bubble growth and breakup in the spray and the air drag on the leading end of spray; with the enhancement of nozzle opening pressure, the spray tip penetration increases and the spray angle decreases. The influence of nozzle hole diameter on the spray tip penetration is relatively complicated, the spray tip penetration is longer with a smaller nozzle hole diameter at the early stage of injection, while the situation is just opposite at the later stage of injection. This paper establishes that the variation of spray angle is consistent with that of nozzle hole diameter.     

船用大缸径柴油机燃烧系统的仿真研究与工程化应用

伴随着排放法规的不断升级,大缸径船用柴油机面临经济性和排放性升级的双重考验,因而对其油气混合过程和燃烧系统匹配优化的需求更加紧迫。文章采用仿真研究的方式,建立某200缸径船用柴油机的燃烧系统三维模型,研究其喷油规律、喷油器流量、夹角及燃烧室形状等参数对燃烧性能的影响,并以此为基础提出改进方案。实验结果表明,仿真优化方案实现了油耗原机基础上降低4.6%、烟度降低53%,极大地改善了产品性能。     

Research on the impact of CeO2-based solid solution metal oxide on combustion performance of diesel engine and emissions

This paper mainly studies on the performance of high-speed diesel engines and emission reduction when the engine uses heavy oil mixed with nanometer-sized additives Ce0.9 Cu0.1 O2 and Ce0.9 Zr0.1 O2.During the test,Indiset 620 combustion analyzer made by AVL,was used to make a real-time survey on the cylinder pressure,the fuel ignition moment,and establish a relation between the change trend of temperature in cylinder and the crank angle.For the engine burning heavy oil and heavy oil mixed with additives,combustion analysis software Indicom and Concerto were used to analyze its combustion process and emission conditions.Experimental investigation shows that nano-sized complex oxide can improve the performance of diesel engine fueled with heavy oil,and reduce the emission of pollutants like NOx and CO,comparing it with the pure heavy oil.According to the consequences of this experiment,the additives improve the overall performance in the use of heavy oil.     

滑行艇喷溅区面积及驻点位置变化的模型试验研究

以棱柱型滑行艇为研究对象,开展了滑行艇在高速滑行状态下喷溅区面积及驻点位置变化特征的模型试验研究.模型纵倾角为1.5°,2.2°,3.0°,5.0°,每个纵倾角对应两种尾吃水,分别为37.3,27.3,58.0,38.0,58.0,48.0,73.0,53.0mm,航速为1~5 m/s.艇体喷溅区的流场变化采用高速摄像机拍摄,确定了喷溅区面积和驻点位置的变化规律.结果表明:喷溅区面积与滑行艇纵倾角、吃水及航速密切相关,高速滑行状态下,喷溅区面积随航速的增加而增加,喷溅区面积占滑行面面积的比值为30%~45%;驻点位置随航速的增加向船尾移动,移动距离占船长之比为7.14%~14.28%.     

水下三组元动力系统燃烧稳定性实验研究

设计了应用于水下航行器热动力系统推进的OTTO/HAP/海水三组元推进剂试验系统,对不同的燃烧室压力、燃料组元比例、喷嘴压降、燃烧室转速条件下的燃烧稳定性进行了试验,观察到燃烧室压力的低频不稳定燃烧.试验表明,在推进剂流量一定情况下,较高的喷嘴压降和适当较低的氧化剂比例有利于燃烧的稳定,海水在推进剂中重量比例≥41.5%时,将会引起燃烧室压力的不稳定,(500～1600)r/min的燃烧室整体旋转不会对稳定燃烧产生影响.     

双卷流燃烧室与燃油喷射系统匹配对柴油机排放的影响

利用AMESim液压仿真软件建立了某船用柴油机燃油喷射系统仿真模型,对燃油喷射系统的相关结构参数进行优化。再利用AVL_FIRE软件将优化结果与原机燃烧室基础上设计的双卷流燃烧室进行缸内燃烧计算,同时研究油束夹角为150°、155°、160°时对排放特性的影响。研究结果表明,0.24mm-14.0mm-0.46mm·(Ca A)-1-950mm-155°(喷孔直径-柱塞直径-凸轮型线速度-高压油管长度-油束夹角)参数组合,可以将喷油压力提高到105MPa,碳烟生成质量分数较原机降低约0.01‰,油束夹角为155°时,碳烟质量分数较油束夹角为150°和160°时低0.02‰~0.08‰,NOX质量分数较油束夹角为150°和160°时低0.03‰~0.12‰。     

基于超高燃油喷射压力的喷雾特性试验研究与模型修正

为了研究超高压喷射条件下二次破碎喷雾模型对燃油雾化特性的影响,在AVL FIRE软件平台上对燃油喷雾过程进行数值模拟,搭建可视化喷雾闪光摄影试验台架。基于超高的燃油喷射压力对燃油的雾束发展形态进行了图像采集,利用试验结果对二次破碎喷雾模型进行修正,分析模型中主要参数对燃油雾化特性的影响。结果表明:KH波破碎时间常数C_2的减小有利于缩短喷雾贯穿距离,同时避免发生燃油撞壁现象;随着RT波波长常数C_4的增大,二次破碎新生油滴的直径变大,雾化效果变差;由于首次破碎过程对二次破碎过程的制约作用,导致C_4对喷雾计算结果的影响不像C_2那样显著。     

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。     

船用柴油机润滑油配伍试验研究

本文首先介绍了柴油机主要摩擦副——缸套和活塞环的磨损机理,然后提出了对曲柄箱润滑油的要求,其中最主要的是润滑油自始至终必须保持一定的碱性。作者还阐述了合理选择气缸润滑油的依据和方法,最后在我所的试验机上选用3种(A、B、C)不同配伍的润滑油作抗磨性,清净分散性比较试验,得出A优于B,B优于C,及A、B、C3种都可正常使用的结论。     

中压共轨电液气门驱动系统的试验分析

以2135柴油机为样机,在自主研发的柴油机电子-液压控制系统试验台上进行试验,通过试验了解不同参数对电控可变气门系统的影响规律,说明在该气门驱动系统下实现气门参数控制的方式。     

干支流汇合口水力特性的试验性研究

长江干线河道存在着大量的干支流交汇河段,在此交汇河段,水流运动及河床冲淤特性极其复杂,碍航问题较为严重.利用ADV对弯曲干流型汇合口水流运动特性进行模型试验性研究.研究结果表明,入汇角和汇流比是影响汇合口区域表面流速及水面比降的主要因素;入汇角的大小是决定漩涡分离区范围的主要因素之一,且随着汇流比和入汇角的增大,漩涡分离区的范围逐渐增大.     

单点系泊船舶非线性动力学特性的试验研究

对潮流作用下单点系泊船舶的静态分岔特性和动态分岔特性进行了试验研究.通过试验确定了船舶的平衡系泊点及其Liapunov运动稳定性.以来流速度和系缆长度为分岔控制参数,研究了船舶系泊运动的静态分岔与Hopf分岔特性.对系统的动力学行为进行了定性分类,据此在参数空间中给出了局部分岔集.它将参数平面划分为四个不同的区域,每个区域中船舶的运动模式均不相同,但同一区域内系统的动力学行为是一致的.研究表明,单点系泊船舶具有复杂的动力学响应,试验中观察到吸引子的共存与跳跃和Hopf分岔现象.局部分岔集的确定为系泊系统设计参数的选择提供了依据.