柴油/甲醇不同掺烧方式燃烧过程和排放对比分析

在不改变4B26增压柴油机结构的前提下,对柴油机气道喷射甲醇与柴油/甲醇直接混合燃料进行了燃烧过程、排放性能试验,对两种柴油/甲醇掺烧方式的燃烧过程与排放进行了分析。试验结果表明：与柴油/甲醇直接混合相比,柴油机气道喷射掺烧10%甲醇,气缸压力相差不大,缸内平均温度较低,低负荷时滞燃期较长;气道喷射甲醇大幅度降低排气温度,NOx和碳烟排放降低效果较为显著,HC和CO排放较高。与燃烧柴油相比,两种方式掺烧10%甲醇时,发动机的动力性变化不大,缸内平均温度都有所降低,滞燃期有所延长;NOx和碳烟排放降低,HC和CO排放有所增加。     

进气门晚关米勒循环对柴油机燃烧和排放影响的研究

基于D6114柴油机的BOOST模型,分析了进气门晚关米勒循环对柴油机燃烧和排放的影响。结果表明：推迟进气门关闭时刻可以减小压缩阶段的压力和温度,从而使滞燃期增长;但是由于缸内工质的减少,缸内平均温度和碳烟排放升高;增压压力的提高可以弥补进气损失,研究发现进气门晚关结合提高增压压力及推迟喷油,可同时降低NO_x和碳烟的排放;在保持爆发压力与原机相同时,采用米勒循环度M60、喷油正时推迟2°CA的方案,油耗降低4 g/（kW·h）,碳烟排放降低6%,而NO_x的排放量降低了31%.     

喷孔分布对柴油机双ω燃烧系统性能影响的研究

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燃烧系统。应用AVL FIRE软件对不同喷孔分布形式的双ω型燃烧室缸内喷雾、混合气形成和燃烧过程进行数值模拟,分析了喷孔分布形式对缸内当量比分布和温度场及燃烧与排放特性的影响。研究结果表明：适当增加上排喷孔的数目能够有效提高混合气形成质量,改善燃烧过程;采用上排5个、下排3个的喷孔分布形式能够获得较低的氮氧化物和碳烟颗粒排放。     

ZS1100M柴油机双ω型燃烧系统的试验研究

为了改善柴油机喷雾空间分布,提高缸内空气利用率,加强燃烧室内的气流运动,提出了带双ω燃烧室的燃烧系统,并在ZS1100M型柴油机上进行了初步性能试验。研究结果表明：双ω燃烧室的几何形状对柴油机燃烧系统的油耗与排放性能有较大的影响。在额定工况下,57型燃烧室方案的油耗与碳烟排放最低;65型燃烧室方案的NO_x排放与原机相比基本不变,油耗却降低了2.2%,碳烟排放降低了8.3%. 在额定转速下,65型燃烧室的油嘴突出高度在2.6 mm时油耗与碳烟排放性能最优。在转速1 500 r/min下,采用双排喷孔的各方案在中小负荷时油耗均比采用单排喷孔的原机方案要低;适当增加上排喷孔数,减小双ω燃烧室的喉口直径能进一步降低油耗。     

NOx对甲烷点火延迟时间影响的数值研究

点火延迟时间是超燃冲压发动机设计中的重要参数之一。为研究氮氧化物（NOx）对甲烷点火延迟时间的影响,在GRI-Mech 3.0机理的基础上添加R326、R327、R328 3个反应,利用CHEMKIN 化学动力学软件,对CH₄/O₂/NOx/Ar混合气体的点火过程进行数值计算,并将数值计算数据与文献\[6\]中的实验数据进行了对比。通过对比发现添加3个反应之后,GRI-Mech 3.0机理能够较好地模拟含NOx时甲烷的点火过程。研究结果表明：NO₂缩短甲烷点火延迟时间的程度比N₂O缩短甲烷点火延迟时间的程度大;CH₄/O₂/NOx/Ar预混气体在富氧条件下（燃气当量比为0.5）的点火延迟时间要比贫氧条件下（燃气当量比为2.0）的点火延迟时间短。     

含氧组分燃料降低装甲车辆柴油机碳烟排放的研究

在不对柴油机结构进行任何改动的情况下,通过台架试验研究了2种含氧组分燃料—生物柴油和碳酸二甲酯(DMC)对某型装甲车辆柴油机缸内燃烧过程、动力性和排放的影响。结果表明:添加20%的生物柴油会使缸内压力曲线略有前移,对动力性影响不大,外特性扭矩最大降幅小于2%,在中、高转速时降低碳烟排放22%～46%;柴油中添加20%的生物柴油和10%DMC,会使缸内压力曲线后移,压力峰值降低,外特性扭矩降低约5%,降烟效果更好,降低幅度均在25%以上,最高可降61.5%.2种方案NOx排放都有一定程度升高,个别工况下升高约10%.     

YC6A220C柴油机进气预混甲醇气助燃的排放特性研究

针对柴油机排放工况特性,在不改变YC6A220C柴油机结构和参数的基础上,从排气管道引出高温尾气裂解甲醇气并通入柴油机进气管混合燃烧.通过对比柴油机在各工况下掺烧甲醇裂解气运行与纯柴油(0号柴油)运行实验,研究了共轨燃烧甲醇裂解气时YC6A220C柴油机的排放特性.研究结果表明,预混裂解气的发动机与原机相比,NOX与碳烟排放大幅度改善,HC排放也有明显降低,CO排放略有上升.在高负荷时,NOX排放可降低32.4%,碳烟排放可降低41.6%.     

高原环境对柴油机燃烧过程影响的仿真研究

为分析高原环境下柴油机性能下降的原因,应用CFD软件FIRE对不同海拔条件下柴油机燃烧过程进行了三维仿真研究。建立了描述缸内油气混合过程的中间参数,在此基础上定量分析了高原环境对柴油机缸内油气混合过程的影响。着重通过对燃烧放热规律的分析,研究了高原环境对柴油机燃烧过程的影响。结果表明：高原环境下燃烧室近壁面处易形成较浓混合气,燃油附壁较多,燃烧室中心区域空气利用率降低;燃烧后期,高原环境下柴油机缸内仍有大量浓混合气存在,且分布较集中,燃油质量分数均方差大;随着海拔的升高,燃烧中后期缸内高温区域中心逐渐向燃烧室侧壁移动,附壁燃烧严重,凹坑及余隙处易形成油气堆积,促使燃烧恶化;高原环境对柴油机预混燃烧的影响并不明显,但随着海拔的升高,扩散燃烧放热率逐渐降低,燃烧持续期大幅增加,导致严重的后燃。     

EGR和掺烧二甲醚对柴油机排放影响的试验研究

在4100QBZL增压中冷柴油机上进行了EGR和掺烧二甲醚对柴油机排放影响的试验研究.结果表明,掺烧质量比为40%(D40)的二甲醚混合燃料,NO_x排放在中低速时略有增加,而高速时明显降低;碳烟排放远小于柴油,最大降幅可达80.5%.加装ERG系统掺烧D40二甲醚混合燃料时,随着EGR率的增加,NO_x排放在不同负荷下均降低;碳烟排放在小负荷时影响较小,而在大负荷时增加较多.当EGR率为9.7%D40混合燃料机与原柴油机相比NO_x和碳烟排放均始终保持在较低的范围内.可见,在4100QBZL柴油机上燃用D40混合燃料并采用EGR技术,可以有效的减少NO_x和碳烟排放.     

天然气掺氢发动机燃气供给系统设计与试验研究

提出了将滑动弧电解制氢装置应用到天然气发动机中,通过电解天然气制氢,轻松实现天然气（CNG）发动机到天然气掺氢（HCNG）发动机的改装。通过自制装置,进行了过量空气系数和点火提前角与燃用不同掺氢比例的HCNG对发动机排放特性影响的试验研究。结果表明,发动机燃用HCNG,其HC和CO的排放都减少,NOx排放量增加,但随着过量空气系数的增加或点火提前角的减少,NOx排放会大大减少,排放性能得到优化。同时进行了体积掺氢比20%的HCNG和纯CNG外特性对比试验研究,结果表明,相比纯CNG,燃用掺氢20%HCNG后,其动力性变化不大,燃料消耗率却相应的减少,经济性得到改善。     

硼含量对燃料空气炸药爆炸性能影响的试验研究

为了解硼含量对燃料空气炸药爆炸性能的影响规律,将硼粉和铝粉作为高能金属燃料混合添加到燃料空气炸药（配方体系为铝/硼/环氧丙烷/石油醚/硝酸异丙酯）中,采用静爆试验法,对含硼量不同的燃料空气炸药爆炸超压、冲量及热效应进行研究。研究结果表明：随着燃料空气炸药中硼含量的增加,炸药的冲击波超压、超压冲量和热效应均先增大、后减小;当硼含量为12.5%时,炸药的地面冲击波超压冲量为112.51 KPa·s,比含铝样品高6.16%,空中冲击波超压冲量为63.42 KPa·s,比含铝样品高5.16%;当硼含量为12.5%时,最高爆炸温度是1 650 ℃,比含铝样品提高20 ℃,最大热辐射量为68.266 kJ/m²,比含铝样品的最大热辐射量提高约7.14%. 在含铝燃料空气炸药中添加少量硼粉,可以提高炸药的整体能量水平。     

甲烷-氢气-空气预混合气燃烧特性研究

在定容燃烧弹内进行了甲烷-氢气-空气混合气燃烧试验,采集燃烧压力数据和火焰扩散图片,讨论不同的初始温度、初始压力、燃空当量比、掺氢比对甲烷-氢气-空气混合气的最大燃烧压力、最大压力升高率、燃烧速率和燃烧稳定性的影响.结果表明:混合气在较高初始温度和较低初始压力下,燃烧速率相对较大;随着混合气中氢气比例增加,最大燃烧压力值增大,其出现时刻提前,火焰半径明显增大且出现褶皱,火焰传播稳定性降低.     

大功率柴油机进气涡流与燃烧室优化匹配的多维仿真研究

为了得到柴油机进气涡流与燃烧室口径比、燃烧室形状的匹配关系及其对缸内气体流动和混合气形成的影响,对某型大功率柴油机进气涡流与燃烧室的优化匹配进行了多维仿真研究。研究结果表明:进气涡流与燃烧室进行优化匹配,能显著地提高柴油机的动力性;随着燃烧室口径比的增大,最优匹配的涡流比也相应增大,当口径比为0.8时,指示功率最高;对于油束撞壁情况,进气涡流主要影响燃油蒸气在燃烧室壁面附近的分布情况;对于油束未撞壁的情况,进气涡流影响相邻油束之间的干涉和燃油蒸气的空间分布;不同的燃烧室形状应匹配不同的涡流比,在几类燃烧室中,缩口燃烧室匹配的涡流比最大,其动力性也最好;随着涡流比的增大,燃油蒸气区的流场加强,影响燃油蒸气的输运及燃烧特性。