缸内直喷天然气发动机燃烧室选型及其混合气形成机理

利用FIRE软件建立了2.0L型直喷CNG发动机的燃烧模型,在光学样机上对CNG燃料缸内直喷的燃烧模型进行验证的基础上,仿真研究了不同燃烧室形状对缸内微观物理场的影响,探索燃烧室形状对混合气形成机理和燃烧特性以及NO生成规律的影响。结果表明:CNG燃料缸内直喷时燃烧室形状对缸内湍流特性及浓度场分布特性,特别是对火花塞附近的浓度场和湍流特性的影响很大;NO生成量不仅取决于NO的反应速率,还与反应区域的面积和反应持续时间密切相关;当燃烧室采用直口且底部适当凸起的形状时,不仅有效抑制了NO的生成,而且可以有效控制火焰传播速度,有利于稀薄燃烧。     

燃烧室形状对柴油-甲醇双燃料发动机碳烟排放的影响

为研究燃烧室形状对柴油-甲醇双燃料发动机混合气的形成,温度分布和碳烟排放的影响,应用KIVA-3V程序对不同几何形状的燃烧室内的燃烧和碳烟排放进行三维数值模拟。计算结果表明：燃烧室的形状对柴油-甲醇双燃料发动机的燃烧过程有着重要影响,缩口燃烧室能够产生较大的旋涡,这有利于混合气的形成,可以进一步加速扩散燃烧,产生较低的碳烟排放。直口燃烧室基本不能够产生旋涡,碳烟排放较高。     

高压喷射的高速直喷柴油机混合气形成及燃烧过程

为了有效组织燃烧室内气流特性,改进了车用缩口直喷高速柴油机燃烧室结构,并在此基础上基于CFD商用软件FIRE对匹配不同轨压的喷雾特性时燃烧室内气液混合流的速度场、浓度场和温度场的动态分布特性进行了仿真计算分析。研究了高速直喷柴油机的混合气形成规律,并通过试验研究了这种混合气形成特性对燃烧过程及排放特性的影响。结果表明:通过对缩口直喷燃烧室内气流特性和轨压的优化匹配,可以有效地控制燃烧过程的滞燃期、预混合燃烧比例和扩散燃烧过程,从而控制高温燃烧持续期,在保证经济性的前提下,可以有效地降低NOx和烟度排放。     

燃烧室偏置对缸内流场的影响

为研究燃烧室结构对柴油机混合气形成和燃烧的影响,对某燃烧室在偏心与非偏心情况下进行了对比计算.计算结果表明,燃烧室位置对混合气有重要影响,偏心燃烧室有利于涡流的形成,涡流强度比非偏心的大,缸内混合气呈非对称分布;同时,偏心燃烧室对喷油器喷油要求加大,寻求合适的偏心率以达到缸内混合气的最佳形成和燃烧也有一定的难度.计算结果对燃烧室改进有一定指导意义.     

缩口燃烧室中气流特性与燃油喷雾匹配对柴油机燃烧及排放的影响

利用三维数值仿真软件FIRE,对缩口直喷燃烧室内气流特性与燃油喷雾以不同喷射时刻匹配时对缸内速度场、浓度场和温度场分布特性的影响进行了仿真分析.研究了燃油喷雾与不同燃烧室空间气流特性匹配时的混合气形成特点和燃烧过程,并对混合气形成特点对发动机性能的影响进行了试验研究.结果表明,缩口燃烧室内气流特性与燃油喷雾以不同喷油正...     

混合气形成的多维数值研究

改进设计了高压共轨直喷式柴油机缩口型燃烧室,利用FIRE软件针对不同燃烧室结构对燃烧室内气流特性的影响进行了多维数值模拟。研究了高压共轨喷射系统与缩口直喷式燃烧室匹配时不同喷射参数对燃烧室内流场、浓度场和温度场分布特性的影响,以及混合气形成过程的微观特性。研究结果表明：改进后的缩口直喷式燃烧室能够合理地利用喷雾的动能,提高燃烧室内的气流强度及其保持性,从而加强燃烧开始后燃油与空气的混合能力,促进扩散燃烧过程。因此,合理的燃烧室形状配合喷射时刻和压力的有效控制能在提高发动机性能的同时降低排放,是高压共轨直喷式柴油机实现高效率低排放的有效途径。     

高压共轨直喷柴油机缩口燃烧室内混合气形成的多维数值研究

改进设计了高压共轨直喷式柴油机缩口型燃烧室,利用FIRE软件针对不同燃烧室结构对燃烧室内气流特性的影响进行了多维数值模拟。研究了高压共轨喷射系统与缩口直喷式燃烧室匹配时不同喷射参数对燃烧室内流场、浓度场和温度场分布特性的影响,以及混合气形成过程的微观特性。研究结果表明:改进后的缩口直喷式燃烧室能够合理地利用喷雾的动能,提高燃烧室内的气流强度及其保持性,从而加强燃烧开始后燃油与空气的混合能力,促进扩散燃烧过程。因此,合理的燃烧室形状配合喷射时刻和压力的有效控制能在提高发动机性能的同时降低排放,是高压共轨直喷式柴油机实现高效率低排放的有效途径。     

燃烧室形状对甲醇发动机燃烧过程的影响

以甲醇发动机为研究对象,建立了三维数值计算模型,并对模型的有效性进行了验证,在此基础上,对直口、敞口和缩口3种不同形状燃烧室的工作过程进行计算,详细分析了燃烧室形状对缸内速度场分布及湍动能分布,火焰传播过程,燃烧压力、压力升高率、缸内温度及NO排放的影响.结果表明,直口燃烧室的燃烧持续期居中,并有适合的压力升高率,NO...     

超高压喷射对直喷柴油机混合气形成、燃烧及排放特性的影响

为了分析高压喷射对混合气的形成和燃烧排放特性的影响,在自行开发燃烧系统的2.0LCR直喷柴油机上,仿真分析了喷射压力对喷雾特性以及浓度场等微观物理场的影响,并引入表征两相流中液滴破碎作用强度的无量纲的Jet数,分析了在喷射方向不同空间位置上喷射压力对Jet数及其变化规律的影响;在此基础上通过试验和仿真相结合,预测分析了高压喷射对发动机性能的影响。结果表明:当提高喷射压力时,Jet数会增加,Jet数的变化范围会增大,还可改善喷雾质量,促进混合气的形成,缩短燃烧持续期,而且有利于减小燃烧室壁面形成的油膜厚度及其滞留时间,从而降低HC排放。但超高压喷射时会导致缸内平均燃烧温度过高,不仅NO排放增加,而且会造成CO_2高温分解使CO排放增加。     

燃烧室结构对XN2100双燃料发动机性能的影响

对一台XN2100柴油一天然气双燃料发动机采用了三种燃烧室结构进行性能对比试验,并采集示功图,进行燃烧放热规律的计算和分析.结果表明,燃烧室形状和压缩比对双燃料发动机的燃烧压力、压力升高率、燃烧放热率的影响较大,燃烧室适当缩口和压缩比适当增大对双燃料发动机的燃烧过程有利,能够提高天然气的替代率,改善双燃料发动机的性能.     

涡流比对柴油机双ω燃烧系统性能的影响

为了改善柴油机喷雾空间分布,提高缸内混合气形成质量,提出了双ω型燃烧室及与之相匹配的双排喷孔的新型燃烧系统.在试验缸压曲线与仿真曲线基本吻合的前提下,应用AVL FIRE软件对不同涡流比的缸内喷雾、混合气形成和燃烧过程进行了数值模拟,分析了其对缸内速度场、浓度场及燃烧排放特性的影响.结果表明:随着涡流比增大,预混燃烧阶段形成的混合气增多,滞燃期缩短.当涡流比为2.0时,Soot排放最低.随着涡流比继续增大,在强涡流的作用下,油束末端撞壁后产生一个局部环状涡旋,燃烧恶化,Soot排放明显增加.     

汽油机NOx的形成及控制

对NO的生成机理进行了分析。对以下因素－燃空当量比、燃烧产物高温区停留时间、点火提前角、负荷、转速及冷却水温与混合气温度对NO生成的影响进行了详细讨论。最后提出了降低NOx排放的各种控制措施，其中包括适当推迟点火提前角、降低冷却水温、通过进气喷水增加进气湿度、降低压缩比、排气再循环以及在机外加催化器。另外在排气系统中放入吸附材料以及采用进气门全可变凸轮调节系统均可大幅度降低NOx。     

基于AMESim的柴油机燃烧计算

柴油机的燃烧过程,对发动机性能有直接的影响。为考察某ω型燃烧室内的燃烧过程,本文运用仿真手段在AMES im软件上建立了相关模型,并模拟了该燃烧室在额定转速下的燃烧过程。计算结果表明,燃烧主要是在上止点后20°CA内完成,在该转速下碳烟和NO排放较低,缸内压力和温度上升较快,从瞬时燃烧放热率曲线也可以看出燃烧过程组织得较好。计算结果对改进该柴油机的燃烧室设计提供了一定的指导意义。     

甲烷燃烧NO_x生成的数值研究

采用非预混燃烧模型与组分传输的一步反应模型,模拟了甲烷燃烧及NOx的生成,得出燃烧温度场、NO生成情况。模拟结果表明:采用非预混燃烧模型模拟时结果更接近实测值,模拟更准确;甲烷扩散燃烧时NO产生区域主要集中在高温火焰后侧,在前部低温区基本没有NO生成;燃烧中P-NO生成量比T-NO量小两个数量级,NO产生几乎完全被热力型NO机制支配,在燃烧过程中应特别注意高温区域的影响。     

燃烧室形状对天然气发动机缸内流动和燃烧过程的影响

结合4102低排放天然气发动机的开发,应用FIRE软件对4102发动机原燃烧室和2种新的燃烧室设计方案(楔形和弧形燃烧室)进行了建模和仿真计算,对比分析了燃烧室形状对缸内流动和燃烧过程的影响。结果表明,弧形燃烧室效果最好,与原燃烧室相比,在点火时火花塞附近气流速度低,初期火焰核心稳定,火焰传播速度快,燃烧持续期短,缸内最高压力比原始燃烧室提高12.7%,有利于提高天然气发动机性能。     

液态LPG直喷发动机混合气形成的数值解析

首先数值解析了缸内电控直喷汽油机的混合气形成过程,并且与光学纹影实验结果比较,验证了解析方法的可行性。在此基础上,分别考察了电控LPG直喷发动机曲面活塞顶燃烧室和凹坑型活塞顶燃烧室在部分负荷工况下混合气的形成过程。结果表明:在部分负荷下、压缩行程后期喷射时,由于缸内滚流的作用,两种不同形状活塞顶的燃烧室在接近压缩终了时,缸内混合气都能呈明显分层构造,即在火花塞附近聚集了较浓的混合气,而离火花塞较远处则是较稀的混合气,整个燃烧室的空燃比达到40∶1。     

直喷天然气发动机稀薄燃烧特性的仿真试验

在缸内直喷压缩天然气(Compressed natural gas,CNG)试验样机进行火焰传播特性可视化研究的基础上,仿真计算分析了不同喷射方式和不同点火方式对缸内浓度场、温度场等微观物理场的影响,以及这种微观物理场对NO生成规律的影响。结果表明:缸内浓度场的分布特性直接影响火焰传播速度和温度场,是控制稀薄燃烧过程的关键,可通过喷射方式来控制;点火方式主要改变温度场由此影响NO的生成规律;浓度梯度越大,火焰传播速度越快,稀薄燃烧稳定性越好;通过双点点火方式可以有效控制火焰传播速度。     

液态LPG直喷发动机混合气形成的数值解析

首先数值解析了缸内电控直喷汽油机的混合气形成过程,并且与光学纹影实验结果比较,验证了解析方法的可行性.在此基础上,分别考察了电控LPG直喷发动机曲面活塞顶燃烧室和凹坑型活塞顶燃烧室在部分负荷工况下混合气的形成过程.结果表明:在部分负荷下、压缩行程后期喷射时,由于缸内滚流的作用,两种不同形状活塞顶的燃烧室在接近压缩终了时,缸内混合气都能呈明显分层构造,即在火花塞附近聚集了较浓的混合气,而离火花塞较远处则是较稀的混合气,整个燃烧室的空燃比达到40:1.     

当量比天然气发动机燃烧和排放的优化研究

为改善天然气发动机燃烧,降低NO_x排放,采用数值模拟方法研究了缩口燃烧室与喷水温度对天然气发动机燃烧和排放的影响。研究发现：缩口结构促使缸内混合气形成良好的贴壁流动,有利于燃料和空气混合。这些因素提高了火焰传播速度,增加了NO_x排放。相比原机,方案一的缩口角度增大26°,燃烧持续期缩短,NO_x排放增加32.3%。进气道的蒸发量随着喷水温度升高而增多,这导致更多的水进入缸内。采用缩口燃烧室并提高喷水温度有利于加快缸内燃烧速率,降低燃烧温度和NO_x排放。     

汽油机NOx的形成及控制

对NO的生成机理进行了分析 对以下因素———燃空当量比、燃烧产物高温区停留时间、点火提前角、负荷、转速及冷却水温与混合气温度对NO生成的影响进行了详细讨论 最后提出了降低NOx 排放的各种控制措施 ,其中包括适当推迟点火提前角、降低冷却水温、通过进气喷水增加进气湿度、降低压缩比、排气再循环以及在机外加催化器 另外在排气系统中放入吸附材料以及采用进气门全可变凸轮调节系统均可大幅度降低NOx