燃烧室形状对柴油机燃烧和排放影响的数值研究

对相同压缩比的3种燃烧室进行了三维数值计算,分析了燃烧室形状对柴油机燃烧过程、NOx和soot在缸内的分布区域形成的原因,进一步用Φ-T图研究了3种燃烧室在不同时刻对NOx和soot的影响。结果显示:敞口燃烧室更有利于混合气的形成和燃烧,NOx和soot排放低于直口和缩口燃烧室。     

燃烧室形状对柴油机性能影响的研究

为研究混合气的形成状况和燃烧质量，探索燃烧室形状对柴油机性能的影响，本文应用STAR—CD程序对不同几何形状的燃烧室内的燃油雾化、燃烧进行三雏数值模拟。计算结果表明，燃烧室的形状对燃烧过程有着重要影响。缩口燃烧室具有较大的挤流强度，较长的涡流持续期，较合理的涡流分布，更有利于混合气的形成，可以进一步加速扩散燃烧，产生较高的缸内压力和温度，具有最好的燃烧性能。直口燃烧室燃烧性能相对较差，敞口燃烧室的最差。但是缩口燃烧室的热应力较大，残余废气不易排除，实现增压比较困难。     

天然气/柴油双燃料发动机燃料喷射及着火特性

基于计算流体动力学(CFD)软件CONVERGE模拟了缸内高压直喷式柴油微引燃液化天然气(LNG)发动机的燃料喷射混合以及着火过程,校核和验证了湍流模型对模拟结果的影响,分析了天然气喷射正时、天然气喷射持续期及柴油与天然气射流中心轴线的夹角对缸内柴油和天然气射流发展、混合和着火的影响.结果表明:Smagorinsky大...     

BUMP燃烧室内柴油喷雾气液相缸内浓度场测量激光诱导荧光法的实现和研究

本文应用复合激光诱导荧光（Planar Laser Induced Exciplex Fluorescence）测试技术,实现了对BUMP燃烧室内柴油喷雾的气液相浓度分布同时进行测量的光学测试系统,并研究了改变BUMP燃烧室形状和二次撞壁距离对喷雾气液相浓度场分布的影响情况。研究发现,BUMP燃烧室形状对喷雾缸内分布有明显作用,合适的BUMP高度能够剥离撞壁喷雾,形成二次射流,加速喷雾在燃烧室内与空气的混合,研究中缩口角度14°,BUMP高度1.5mm的BUMP燃烧室具有研究中最理想的喷雾气液相缸内分布。     

"Bump燃烧室"内新概念稀扩散燃烧混合气形成机理的研究

基于自行研制的实验装置,用片状激光诱导荧光法(PLIF)对普通商用柴油喷雾的撞壁混合过程进行了实验研究,并用CFD数值分析软件对其进行了模拟计算,二者结果基本吻合．平板和实际燃烧室的实验及计算结果均表明,撞壁射流在遇到限流沿(Bump)后会剥离壁面,形成二次空间射流,扩大撞壁射流与空气的空间混合体积及混合速率,出现与周围空气迅速混合的“闪混”现象,减少壁面燃油堆积量．计算结果还表明,Bump的存在改变了缸内气流运动的流场结构,Bump附近旋向相反的“双涡结构”极大地增强了二次空间射流对周围空气的卷吸,促进了燃油与空气的混合,是Bump燃烧室内稀混合气形成及稀扩散燃烧的关键所在．     

燃烧室壁面形状对撞壁射流气体混合过程的影响

本文研究了燃烧室壁面形状对撞壁射流气体沿壁发展过程的影响，实验发现：射流气体撞壁后主要沿壁面发展；近壁区域会形成浓混合气层，并且混合很慢，本文提出了两种方法，１）在壁面设置矩形凹槽，并且利用环境的气流运动加快射流气体的混合。２）在壁面上设置条形障碍物，使射流气体脱离壁面形成空间流动，另外，本文也模拟了ＯＳＫＡ－Ｄ燃烧系统中燃油撞壁后的发展过程。     

“BUMP燃烧室”内混合气形成的多维数值研究

用CFD多维数值分析软件对BUMP燃烧室内柴油喷雾的撞壁混合过程进行了模拟计算,并与用PLIF法取得的试验结果进行了对比,二者基本吻合。试验和模拟计算结果均表明,撞壁射流在遇到BUMP后会剥离燃烧室壁面,形成二次空间射流,扩大撞壁射流与空气的空间混合体积及混合速率,出现与周围空气迅速混合的闪混现象,燃烧室壁面燃油堆积量下降。计算结果还表明,BUMP的位置、高度、形状和角度不同对形成二次空间射流及稀混合气的作用也不相同,在实际应用中应对其进行优化和合理匹配,以便降低柴油机的NOx和碳烟排放。     

直喷汽油机缸内喷雾湿壁问题研究

直喷汽油机的湿壁问题会导致机油稀释,燃油经济性下降及尾气排放增加。但通过喷雾、燃烧室及缸内流场三者合理匹配与优化可以大大减少燃油湿壁。利用激光诊断技术对某直喷喷油器的喷雾特性进行全面测试,然后标定三维CFD软件中的喷雾模型,对缸内喷雾和混合气形成过程进行仿真计算,并研究了燃油喷射策略对燃油湿壁的影响。研究结果表明:采用两段喷射策略可以降低15%的碰壁量,混合气均匀程度基本不变;采用三段喷射可以降低27%的碰壁量,并可明显改善混合气浓度分布。     

柴油机燃烧室形状对混合气形成的影响

利用计量流体力学(CFD)模拟软件FIRE对不同形状燃烧室的柴油机的缸内喷雾与燃烧过程进行了模拟分析。通过对缸内流场、燃油浓度场、温度场分布的对比,分析不同燃烧室对混合气形成的影响。结果表明,缩口燃烧室缸内流场强度最大,混合气均匀,燃烧充分,微粒生成最少。     

某天然气发动机活塞燃烧室对比研究

针对某型天然气发动机的活塞燃烧室型式展开论述,通过比较缩口型、直口碗型、敞口型三种型式的燃烧室内混合气体的湍动能,分析了各型式燃烧室的优劣。鉴于缩口型燃烧室存在不足,本文通过发动机台架试验,分析了直口碗型燃烧室和敞口型燃烧室对发动机性能的影响。最后,得出了直口碗型燃烧室适合用于天然气发动机的这一结论。     

天然气直喷燃烧的可视化研究

利用高速摄影装置开展了天然气直喷燃烧的可视化研究。研究结果表明:缸内形成的分层充量分布与喷射方式有关,双点平行喷射和单点喷射将比双点对向喷射形成的充量分层强。双点平行喷射和单点喷射时火焰将向燃料喷流的下流区发展,而双点对向喷射时火焰显示出由燃烧室中心向外围方向发展的特征。天然气直喷燃烧呈现出湍流燃烧特征的皱褶火焰前锋面。通过优化喷射正时形成的可燃分层充量可实现直喷天然气超稀燃烧。     

基于预混合低温燃烧模式下的非道路国Ⅳ柴油机燃烧室特征形状研究

以某非道路国四高压共轨柴油机为研究对象,通过数值模拟研究了预混合低温燃烧模式下的非道路柴油机燃烧室特征形状对缸内气流运动特性、油气混合过程以及污染物排放影响。结果表明,在ω燃烧室、双卷流燃烧室、大敞口燃烧室与高凸台燃烧室4种特征燃烧室中,在无喷雾条件下,相对于其他特征燃烧室,高凸台燃烧室的缸内湍流能量较大,高流速区域较大且形成有组织的涡旋运动。在有喷雾条件下,高凸台燃烧室的油气混合速度最快,燃油在缸内的分布也较为均匀,且在Soot排放控制方面具有较大优势。说明了高凸台燃烧室形状有利于增强缸内的运动强度,促进油气混合过程。     

天然气发动机预燃室内混合气形成对点火射流的影响

针对船用天然气发动机预燃室内的混合气形成及射流点火特性进行了研究。基于试验标定和验证的喷雾燃烧模型,对预燃室内的柴油雾化–混合–着火过程进行了仿真计算,获得了混合气形成对点火射流特性的影响规律。结果表明,在同时考虑预燃室内燃油湿壁量与雾化质量时,存在一个最佳喷射压力匹配区间,且在相同喷射压力下采用两段喷射可以减少预燃室的燃油湿壁量;增大预燃室内混合气浓度分层并缩短初始着火点与射流孔的距离,可减小燃料损失,增长放热持续期,提高点火能力。     

不同喷射时刻下缸内直喷天然气发动机的燃烧特性

开展了天然气高压缸内直喷发动机不同喷射时刻时的燃烧特性研究。研究结果表明：燃料喷射时刻对发动机性能及排放有较大影响,喷射太迟会导致天然气和空气混合时间短,混合效果差,燃烧持续期长,放热速率慢。喷射过早会导致充量系数下降,燃料容易进入燃烧室狭缝间隙处,造成较高的HC排放。对于给定转速,发动机存在一个最佳燃料喷射提前角,此时缸内最高压力值最大,最大压力升高率和最大放热率最大,放热速率快,燃烧过程等容度好,火焰发展期、快速燃烧期和燃烧持续期短,发动机热效率高,HC、CO排放也维持较低水平。     

Bump环强化柴油混合过程的数值模拟研究

对双模式HCCI燃烧,促进其主喷阶段燃油的混合速率至关重要。采用CFD数值模拟方法研究了一种新型燃烧室设计——BUMP燃烧室对直喷柴油机喷雾燃烧过程的影响。结果表明,bump环扰动缸内气流运动产生复杂的流谱,形成强烈的湍流。燃油喷雾撞壁后,bump环剥离壁面射流形成二次空间射流,减少了燃油在燃烧室壁面的沉积,湍流混合速率大大增加。自燃着火时刻,BUMP燃烧室内有38．2％的燃油处于碳烟生成门槛之外,而对比燃烧室仅为28．9％。数值模拟解释了BUMP燃烧室同时降低NOx和碳烟排放的实验现象。此外,模拟还发现燃油混合速率对喷油定时非常敏感,存在一个高湍流混合速率曲轴转角区间。     

某小型直喷天然气单缸发动机喷射时刻的优化模拟研究

传统的天然气直喷发动机为了提高充气效率,常常将喷射过程安排在进气门关闭后进行,这样难以充分利用进气冲程中气缸内的湍动能对天然气进行良好混合。本文针对一台由单缸化油器发动机改造的天然气直喷发动机,使用一维热力学计算优化发动机进气系统,然后通过CFD技术模拟两个典型喷气开始时刻对直喷天然气发动机缸内混合气发展过程与近燃烧时刻工质分布状况的影响,最终提出这一问题的解决方案。     

缸内直喷混合燃料发动机的性能研究

采用了一套定压配比燃料供给系统,通过向缸内直接喷射混合气,经电控系统精确控制喷射量,对天然气掺氢的发动机性能进行分析研究。结果表明,发动机燃用天然气掺氢燃料通过定压配比直喷技术,可以提高充气效率,与纯天然气发动机相比能够提高发动机动力和排放性能。     

柴油喷雾撞壁混合过程的研究

对柴油喷雾平板撞壁过程进行了研究。表明柴油从喷孔喷出后很快达到壁面，在壁面形成壁面射流，这一部分燃油不能充分与燃烧室中的空气混合。在燃烧室壁面上加上限流沿后，发现壁面射流在遇到限流沿后从壁面剥离，在空间形成二次射流。增大限流沿的高度会增大二次射流角，而二次射流锥角没有明显的变化；增大二次撞壁距离会减小二次射流角，而二次射流锥角变化不大；喷油压力的变化只是改变燃油的撞壁时刻和喷雾贯穿距，对二次射流角和二次射流锥角的影响不大。由此可以看出，通过调整BUMP的高度和二次撞壁距离等对二次射流影响较大的参数，可以控制燃油在空间的分布，实现可控燃油混合气的形成。     

直喷式柴油机燃烧室廓形匹配油束夹角的数值模拟研究

应用CFD软件Fire对某大功率直喷式柴油机缸内工作过程进行了多维模拟,研究了扩口、缩口和直口三种不同燃烧室廓形时油束夹角对油束落点位置、燃油分布和燃烧性能的影响。引入油束锥台匹配比的概念建立油束夹角与燃烧室中央锥台角度之间的关系,从而达到减少匹配参数数量的目的。结果显示：对于各种类型的燃烧室廓形均存在最佳油束锥台匹配比使得发动机的动力性能最优,缩口和直口燃烧室的最佳油束锥台匹配比接近（约为1.06）,扩口燃烧室的最佳油束锥台匹配比要略大于缩口和直口燃烧室（约为1.138）。     

柴油/天然气双燃料发动机燃烧过程数值模拟

通过建立三维计算流体动力学(CFD)柴油/天然气双燃料喷射模型,研究不同EGR率对高压直喷(HPDI)发动机燃烧和排放特性的影响.结果表明:高温区主要是由柴油引燃的天然气射流燃烧形成.另外,由于喷射的天然气与燃烧室边缘碰撞,高温区域被分成两个部分:一部分进入燃烧室凹坑区并形成顺时针旋转的滚流;另一部分进入挤流区与新鲜空气进一步混合燃烧.NO的形成区域与天然气射流中心线形成的高温区基本重合.在挤流区,由于燃料的氧化速率和停留时间有限,因而产生了较多的CO.此外,HPDI发动机的颗粒物(PM)形成区域与CO形成区域大致相同,这是由燃料的低氧化率造成的.随着EGR率增加,NO排放降低,而CO和PM排放随之增加.