内燃机燃烧过程中高频压力振荡的热声耦合机理

内燃机运转过程中,燃烧室的容积不断地发生变化,燃烧室内的燃烧源分布也随之变化,因而燃烧过程中缸内压力的高频振荡是很复杂的过程.KIVA软件结合SYSNOISE声学软件,建立燃烧室内热声耦合引起的压力场变化模型,定量分析了缸内压力的高频振荡过程.模拟计算多点燃烧激励状态下的燃烧室内压力波的传播过程,模拟结果与试验结果较吻合.模拟计算较好地体现燃烧室内某个位置的压力振荡过程,以及分析造成压力振荡的主要声源特性.结果表明:燃烧放热与燃烧室声场存在相互影响,压力波传播必须考虑声学的迟滞效应.     

内燃机燃烧压力振荡对燃烧过程影响的模拟研究

结合可视化发动机、高速摄影和激光剪切干涉测量设备拍摄的燃烧过程照片和获得的燃烧二维温度场,建立了燃烧室空腔模型,并将空腔声学模型划分为未燃区和已燃区,通过空腔声模态和瞬态响应研究,获得了燃烧室空腔在多点激励下的声场变化情况,结果表明,燃烧室空腔在多点激励下在未燃区产生局部压力集中现象,燃烧压力振荡可能是引起燃烧过程未燃区出现局部自燃现象的根本原因。     

柴油机燃烧室气体振荡的模拟与试验研究

基于燃烧数学模型中的流场模型,对柴油机燃烧过程中的气体高频声波振荡问题建立声学模型并给出了求解方法。用该方法对燃烧室内的声学变化特性进行计算,并将不同转速和不同负荷工况下的实测缸压振荡结果和声学计算结果进行对比。研究结果表明:该方法能正确计算柴油机燃烧过程中的压力振荡。对于试验用柴油机,燃烧室气体第一阶主振荡频率均在5kHz以上,振荡规律与具体的工况有关。直接影响燃烧振荡性质的两个因素为放热速率和燃气温度,燃气温度越高,则发生振荡时的振荡频率越高;放热规律曲线峰值越大则振荡幅值越大。以8×10-5 s为间隔绘制了声场分布图,结果表明:燃烧室中的声场分布是不均匀的,且随时间变化十分迅速。     

低浓度瓦斯脉动燃烧过程的数值模拟

选取k-ε湍流双方程模型、概率密度方程(PDF)湍流燃烧模型及部分预混燃烧模型,利用流体分析软件Fluent对煤矿低浓度瓦斯在Helmholtz型脉动燃烧器中的燃烧过程进行了数值模拟。通过对燃烧室内低浓度瓦斯脉动燃烧压力场和速度场的分布进行模拟研究,并与理论燃烧过程相比较,其结果表明:低浓度瓦斯脉动燃烧数值模拟结果符合实际脉动燃烧规律,说明脉动燃烧这一燃烧方式适合低浓度瓦斯的研究利用,并为以后的研究提供参考。     

燃烧室内自激励振荡燃烧的数值研究

采用数值方法研究了Langhorne型燃烧室内自激励燃烧驱动振荡的不稳定现象．应用非稳态雷诺平均法、雷诺应力紊流模型和涡团耗散燃烧模型,捕获了该类型燃烧室内两种当量比条件下的不稳定燃烧特性．数值模拟结果给出振荡燃烧发生时燃烧室内的压力振荡频率和幅值,并同实验结果进行了比较．证明了在两种当量比下分别存在着“强振荡”和“弱振荡”,并给出了两种当量比条件下不稳定燃烧时火焰的周期影像,详细分析了振荡发生时燃烧室内的火焰发展情况．     

基于KIVA和SYSNOISE的柴油机燃烧振荡数值模拟计算

为研究内燃机燃烧噪声产生的机理,建立了能描述燃烧室结构特征的声模态计算模型。利用FORTRAN语言进行编程,将KIVA源程序与声-振软件SYSNOISE相结合,开展多点激励下的燃烧室燃烧压力振荡的计算。初步研究了燃烧室空腔模态及压力场的特性和变化规律。研究结果表明,燃烧室空腔模态随着发动机工作过程气体温度的急剧上升而增大,燃烧压力振荡开始于燃烧初期的预混合燃烧并随喷油提前角的增加而增大。     

直喷式柴油机燃烧压力高频振荡与燃烧噪声的关系

应用声响应法和Sysnoise声学软件进行模态实验和模态分析,研究燃烧噪声高频激励机理．通过有限元方法计算燃烧室空腔在点声源激励下的声压响应,确定了燃烧室空腔在激励力作用下产生较强烈的压力振荡的频率．通过测量发动机缸内压力和噪声,研究燃烧压力高频振荡频率和幅值与时间窗获取的燃烧噪声的关系．燃烧压力高频振荡频率与燃烧噪声高频成分具有很好的对应关系,较高的振荡幅值对应的燃烧噪声值较高．研究结果表明,燃烧压力振荡频率和幅值是影响燃烧噪声高频成分的主要因素．     

运用波动方程计算内燃机爆震燃烧时的热声耦合性质

分析热声耦合领域和内燃机爆震的研究现状,给出根据KIVA燃烧模型推导出的三维波动方程,将之与KIVA相耦合,对一台内燃机爆震燃烧时的声波进行计算.结果显示,燃烧室内声学波动频率很高,且爆震时其幅值可达数个兆帕.对比实测爆震气缸压力高频信号可知,该波动方程可正确计算爆震时燃烧室内声波.对比高速摄影实验结果.声场计算结果和气体获得声功的分布图可知,声场的振荡比火焰传播更快、更复杂;内燃机燃烧的热声振荡没有特定部位稳定声功的输出或输入.最后,总结了常规热声机和内燃机热声耦合性质的异同.     

重型燃气轮机燃烧室流动特性研究

为了探究燃烧室流动特性,为燃气轮机燃烧室设计改型、燃气轮机的安全稳定运行及合理的组织燃烧室流场提供参考依据,本文基于某重型燃气轮机分管型燃烧室,建立了预混燃烧模式下燃烧室三维数值仿真模型,采用数值模拟方法研究了燃烧室温度场、压力场、速度场以及主要组分浓度场的分布规律。结果表明:燃烧室旋流喷嘴下游中心区域为局部高温区,在喷嘴射流区存在低温区域,燃烧室中后部温度高于燃烧室头部温度;燃烧室头部压力较大,后部压力分布趋于均匀;燃烧室喷嘴及燃烧室头部区域,回流区域明显;旋流喷嘴附近NOx质量分数最大。     

基于数值模拟的燃惰气燃烧室的优化设计研究

惰性气体是一种高效、环保、经济的防、抑爆及消防灭火介质,惰气的来源制约了惰气安全防护技术的研究开发.以一种新型燃惰气燃烧室为研究对象,采用了RNGk-ε双方程模型描述湍流流动,随机颗粒轨道模型追踪燃油颗粒运动,考虑了化学反应动力学机制对燃烧的影响,采用了修正的EBU湍流燃烧模型计算燃烧速率,同时采用了离散坐标法表征辐射传热过程,建立了燃烧室三维气雾两相湍流燃烧模型,对燃烧室流动燃烧特性进行了深入数值模拟研究,模拟结果与实验结果的比较表明了数值模型及数值方法的合理性.在数值模拟的基础上对燃惰气燃烧室进行了优化设计,采用了多种强化燃烧技术.对优化设计燃烧室的数值模拟结果表明设计合理,满足设计要求.研究结果为惰气安全技术的开发设计奠定了基础.     

柴油机预混合燃烧滞燃期的试验

滞燃期是柴油机预混合燃烧当中一个极为重要的参数.在电控共轨柴油机上进行了EGR率、喷油始点、喷油压力、负荷、转速和进气温度等单一参数对预混合燃烧滞燃期的试验研究.结果表明,名义过量空气系数能够帮助解释各试验参数对柴油机预混合燃烧滞燃期的影响.混合气的温度、压力和混合气中O2浓度影响柴油机预混合燃烧的滞燃期.提高进气温度...     

燃烧室形状对燃烧过程的影响研究

针对燃烧室形状对燃烧过程的影响进行了研究,得到了喉口直径对喷雾贯穿距离、索特平均直径(SMD)、湍动能、涡流强度、缸内压力、放热规律以及NO-SOOT的影响规律,并通过三维对比分析了燃烧反应率场、温度场、浓度场以及速度场的变化趋势.分析表明:在本次研究中燃烧室喉口直径的合理范围是100～120 mm.     

内燃机燃烧技术综述

分析了传统内燃机的燃烧技术特点;对围绕节能、环保两大主题而发展的内燃机新技术做了概述,并着重分析了内燃机的新燃烧技术,该新燃烧技术试图吸收现有压燃式以及点燃式发动机的各自优点,使内燃机的燃油经济性以及排放性能得到进一步改善;对新燃烧技术的发展前景进行了展望。     

采用快速混合燃烧过程降低爆压和工作粗暴度的研究

介绍了快速混合燃烧过程采用较小柱塞直径、较大行程的НТД４０ 喷油泵,提高进气涡流转速和排气道流通系数,配合喷油提前角及进气压力参数的合理匹配,初步实现了高热效率、低爆压和低粗暴度的性能指标。通过 Ａ Ｖ Ｌ６５７ 数字采集分析系统的测量,分析了改进后的燃烧系统。喷油提前角和进气压力的合理匹配降低了爆压;较小柱塞喷油泵的采用,减小了速燃期的放热速度,从而获得较小的工作粗暴度;提高涡流转速保证了快速混合燃烧过程的实现,从而获得高的热效率。     

内燃机缸内压力与燃烧噪声

利用小波包分析提取缸内压力和测量噪声的时频信息，结合频谱分析技术，对缸内压力和测量噪声特性进行了研究．结合缸内压力和测量噪声的传递函数及相干分析，讨论了测量噪声各频带活塞拍击噪声和燃烧噪声的情况，并对缸内压力和燃烧噪声各频带所占能量进行了计算和研究．结果表明，通过缸内压力和噪声的时频及频谱分析，能获取更加详细的燃烧噪声和活塞拍击噪声信息，为燃烧噪声的分离以及机理研究提供了技术支撑．     

狭长圆柱型燃烧室内的燃烧不稳定性

研究了狭长圆柱型燃烧室内的喷雾火焰燃烧的不稳定性。为了更清楚地了解火焰的构造，首先测量了火焰的温度场，在较大的一次风和二次风变化范围内，测量了压力的振荡特性，得出其均方根值图。结果表明，火焰的稳定是由回流区完成的，在较小的一次风燃料当量比和中等的二次风量时，振荡强度达到100Pa左右。其频率为200—230Hz，与空气/燃料比值关系不大，分析还表明燃烧室中的振荡是轴向驻波振荡。     

正庚烷均质压燃过程的燃烧稳定性和循环变动的研究

对正庚烷HCCI燃烧典型工况下的燃烧稳定性和循环变动进行了研究。在单缸HCCI发动机上,通过气口喷射正庚烷,记录了部分燃烧、正常燃烧、爆震燃烧下100个循环的示功图,据此对各个燃烧参数和性能参数的循环变动进行了分析。研究表明：低温阶段的冷焰反应时刻、起始反应温度和低温放热峰值时刻的循环变动系数小于3%,且受混合气浓度的影响不明显;高温阶段燃烧参数循环变动较大,但是着火时刻和峰值放热时刻随混合气浓度的增加显著减小;低温和高温峰值放热率循环变动系数较高。在性能参数方面：不发生爆震燃烧时,最高压力、压力升高率的变动较小;发生爆震燃烧时,循环变动系数迅速增加;不发生失火或者部分燃烧时,平均指示压力和指示热效率的变动较小,且随混合气浓度增加而减小。