水平布置水下排气管倒流界限试验及分析

为防止水下排气柴油机发生海水倒灌事故,对水下排气管内发生水倒流的条件及影响因素进行了试验和分析。由水平管内气液逆向流动特性研究现状分析,指出气相惯性力与液相重力的相对大小是排气管内水倒流发生的主要物理机制。由内径90mm水平管在3m水深下排气的试验结果发现:防止水下排气管内水倒流发生的界限气速存在一个与管内滞留水长相关的范围,随管内滞留水长由0.3m增至1.8m,界限表观气速由13.0m/s降至7.8m/s,界限气相Wallis数由0.72降至0.55。最后以某柴油机排气参数为基础,按界限气相Wallis数等于0.60计算分析了排气管管径、排气口水位深度及排气温度等因素对管内倒流界限气速的影响,结果表明:水平管的倒流界限气速随管径增大而增大;排气口水位深度和排气温度的变化影响排气密度大小,也对排气管倒流界限气速有影响。     

排气参数对水下排气柴油机防倒灌的影响

通过数值模拟方法研究了船用柴油机排气温度与排气背压变化对水平布置排气管内气液两相逆流特性的影响。结果表明在相同排气量下，排气温度升高会使水倒流减弱，也即降低水倒灌发生风险；排气背压增大会使水倒流增强，即增大水倒灌发生风险。除排气速度外，排气的密度、黏度等物性参数也对水下排气管内发生水倒灌具有重要影响。因此在柴油机排气系统设计中，需考虑排气参数波动对防倒灌的影响；在基于Wallis数的防倒灌设计准则中，需进一步考虑排气黏性对完全携带点的影响。     

柴油机水下排气管倒流极限试验

为防止水下排气柴油机发生海水倒灌事故,需弄清水下排气管内海水倒流发生的物理机制与发生条件.通过管内径为90,mm、长度为1.8,m的水平玻璃管在1、2及3,m不同水深下排气的试验,获得了水下排气管倒流极限以及排气口水深变化对其影响.结果表明:在一定排气量范围内水相会在排气管出口端下部稳定地滞留一定长度,但不会形成实质的水倒流;随管内滞留水长度由0增至1.8,m,对应的极限表观气速由24,m/s降至8,m/s,极限Wallis参数由0.95降至0.55,倒流极限呈现出先快速减小后趋于定值的趋势;在相同管内滞留水长度随排气口水深增大,极限表观气速略有减小,而极限Wallis参数基本不变,表明Wallis参数较好地表征了排气密度和排气速度对水下排气管倒流极限的综合影响.     

柴油机水下排气管口边界模型

柴油机废气排入水中所形成的尾管口边界比较复杂。在柴油机水下工况数值模拟中,一般采用定压模型。本文从流体力学的基本方程出发,根据对水下排气管口两相流动状态的观察和管口气泡形成过程的研究,建立了柴油机水下排气不稳定流动管口边界模型。与定压模型相比,该模型不仅能反映出管口的压力波动,而且可以模拟管口处气泡的形成过程及其与管口内气体之间的相互作用。与1维不稳定流动方法相结合可以进行柴油机水下工况的特性分析,特别是水下排气管口声辐射的数值模拟。     

增压柴油机排气系统结构参数的仿真优化

运用GT—POWER软件建立了增压柴油机工作过程仿真模型,深入研究了排气系统结构参数（包括排气管直径、长度、截面变化）对柴油机性能的影响。并基于优化理论,以有效功率为优化目标,分别在标定工况和最大扭矩工况对排气管路结构参数进行了优化计算,为排气管的进一步优化设计提供了依据。     

进排气一维非定常流动的基本无振荡有限体积法的研究

采用基本无振荡有限体积法(ENO-FVM)建立了发动机进排气一维非定常流动的离散方程,并用具有精确解的激波管算例验证了该方法的有效性。应用该方法求解了D6114柴油机进排气管内的一维非定常气体流动。在各个工况下,涡前排气压力试验与计算的平均误差可以控制在5%以内,转速低时误差更小。发动机的各项主要性能参数都和试验吻合得很好。计算结果表明:该方法精度高,而且整个求解过程稳定。     

排气道压力波动对发动机二冲程减压制动性能的影响

为分析排气管内压力波动对发动机二冲程制动功率的影响，以某重型柴油机为研究对象，利用GT-Power建立发动机二冲程制动一维模型，通过修改排气型线开展排气道压力波动对制动性能影响的研究。结果表明：第二次减压制动（the second compression release braking， 2nd CRB）相位开启时的压力波动会影响到其他气缸的排气回流，进而影响发动机的制动功率。进一步对排气管进行三维流场计算，证明了其他气缸2nd CRB相位排气门开启时的压力波传递对排气回流阶段排气回流的影响。最后通过试验设计（design of experiment， DoE），结合响应面拟合和粒子群算法对排气管几何尺寸进行优化，优化后该柴油机二冲程减压制动模式下2 100 r/min工况的最大制动功率可达到395.08 kW。     

排气压力波对柴油机性能影响的分析

利用GT-Power软件建立了100单缸柴油机、6100非增压柴油机及6100涡轮增压柴油机仿真模型。在此基础上计算分析了排气管内的排气压力波动规律及其对柴油机功率、充气效率以及增压比的影响。研究工作对于柴油机排气系统的设计与优化具有一定的指导意义。     

柴油机SCR系统尿素水溶液喷雾分解的试验研究

试验研究了柴油机选择性催化还原(SCR)系统的尿素分解规律,分析了排气温度、排气流量、尿素水溶液喷射速率、喷嘴布置位置对尿素分解产物和分解率的影响,并在发动机运行工况下通过透明排气管观察了尿素喷雾过程。试验结果表明:尿素水溶液喷雾碰到排气管内壁面后容易形成液膜,液膜的形成和发展对尿素分解和沉积物的生成具有显著影响;尿素喷入排气管后在进入催化器前无法完全分解,大部分工况下,尿素分解率小于50%;排气温度对尿素分解过程影响显著,排气温度上升时,尿素分解率明显上升;排气流量、喷嘴布置位置对尿素分解率也有重要影响,尿素水溶液喷射量的影响不明显;尿素热分解生成氨气和异氰酸,而氨气比异氰酸的生成量大,说明副反应在尿素分解过程中起重要作用,影响了氨气生成路径,并有可能导致沉积物生成。     

携带SCR系统的柴油机排气管中生成沉积物的影响因素研究

以一台排量11.12L的柴油机为平台,研究了排气管中沉积物的生成过程,并对沉积物进行了热重试验。定量分析了排气温度、空速及尿素喷射速率对沉积物生成量的影响,应用正交设计方法确定各影响因素的权重系数。研究结果表明:在排气温度为330℃、空速为3×10 4h-1的情况下,以2600mL/h的速率持续喷射尿素水溶液5h后,柴油机排气管中形成的沉积物导致排气背压升高了1.4kPa,NOx转化效率降低了3%,且沉积物在700℃高温下才能完全分解。排气温度越低,空速越小,尿素喷射速率越高,越易生成沉积物。各影响因素的权重从大到小依次为:尿素喷射速率(0.39)空速(0.37)排气温度(0.24)。针对实车沉积物问题,在满足国-Ⅳ排放法规的前提下,通过二次标定降低经济运行工况的尿素喷射速率,将喷嘴前移2600mm,并用保温材料包裹排气管,运行车辆排气管中再未发现沉积物。     

管流中沉降微粒团再悬浮控制因素分析

沉降微粒再悬浮受微粒团直径、气流速度、微粒团与壁面间的黏附状况以及管道情况等多种因素的作用,是柴油机排气微粒净化捕集及微粒采样过程中的一个重要现象.以管流中的柴油机排气沉降微粒为研究对象,利用建立的沉降微粒团再悬浮静态受力模型,对管流中沉降微粒团再悬浮的控制因素进行了分析.研究结果表明,微粒团黏附角、平均流速以及管径等因素对管流中沉降微粒团的再悬浮具有重要的影响.通过研究,得到了微粒团黏附角、平均流速以及管径等控制因素对管流中沉降微粒团再悬浮的影响规律.     

海上平台底特律柴油机启动故障诊断与处理

某海上平台的底特律S40E电喷柴油机起动时曲轴能正常旋转，但无法实现点火，且排气管没有烟气排出。依据电喷柴油机的控制原理，从燃油共轨、机油共轨、传感器故障及连接线断路和短路等方面对导致故障的可能因素进行分析。分析表明:故障系高压油泵出口单向阀故障所致。     

L23/30船用柴油机节能减排技术研究

为了满足国际海事组织通过的MARPOL协定VI排放要求,实现Tier III限值,对当前船用柴油机节能减排技术进行了总结,提出了引擎排放内部技术、排气后的处理技术和集成能源综合利用技术,采取燃油-水乳化、加压空气加湿、废气再循环、SCR选择性催化、DOC氧化催化与PDF过滤器组合等方法,经验证表明,NOx、CO等废气排放量满足MOTier III要求,可有效降低柴油机的污染排放。     

硬件在环仿真系统中柴油机工作过程建模研究

基于容积法建立了1135型非增压柴油机工作过程的数学模型;介绍了柴油机缸内工作过程数学模型中主要参数的选择原则,发生倒流时进排气管内工质状态的计算方法和使用Matlab/Simulink开发柴油机模型的主要特点;对发生进气门处倒流时进气管内工质状态不同的计算方法进行了对比分析。仿真计算结果表明,基于容积法建立的非增压柴油机工作过程的数学模型对柴油机的动力性和经济性具有良好的预测效果;在非增压柴油机进排气管内热力过程的建模仿真中,可以忽略进气门处倒流对进气管内工质状态的影响。     

某型柴油机换热器设计及仿真分析

设计独立的换热器,降低水下工作柴油机中高负荷工况的排气温度。运用SolidWorks建立换热器模型并进行仿真分析,研究圆柱形换热器4种换热管布置方式对换热器温降与压损的影响。分析结果表明:设计的换热器可将排气温度由550.00℃降低到161.94℃,废气在换热器中的压损为5.95 kPa,降温效果和压损均满足相关工程要求;换热管管径和管心距不变,正三角形和转角三角形布置方式的换热器换热管数量较多,换热面积较大,换热效果较好,其中正三角形布置方式换热器的换热效果更好,但压损更高。本研究可为水下动力装置排气降温系统设计提供参考。     

琅驰客车柴油发动机的使用、维护和保养

主要论述了琅驰客车柴油发动机使用过程中的注意事项,如柴油、机油、冷却液的选用以及起动、停车的要求等。并对琅驰客车柴油发动机的维护和保养作了详细的介绍。为大家能正确使用、维护和保养此发动机提供依据。     

增压柴油机实现废气再循环（EGR）系统的模拟计算研究

研究了涡轮增压柴油机使用废气再循环（EGR）面临如何在高负荷时以较低的成本和副作用获得降低NOx排放所要求的再循环废气量，提出了利用进排气压力波动实现涡轮增压柴油机废气再循环的单向阀、旋转阀和EGR短管3种EGR系统。模拟计算结构表明，采用上述3种EGR系统在高负荷甚至全负荷时，都可获得较大的EGR量。     

利用EGR技术降低涡轮增压柴油机排气污染的研究

以一台增压柴油机为研究对象设计了一套带有文曲利管的并联EGR系统,该系统可以在较小地损失充气效率的情况下,将排气较为容易的引入到进气管,并与之混合,使混合气的静压力在扩压管中得到最大程度的恢复,通过试验找出了达到Tier3排放法规要求的各工况下所需的EGR率,以及各工况下EGR率与NOx、烟度、油耗的关系,得到了各工况下兼顾满足NOx、油耗、颗粒排放等指标的EGR率范围,并研究了冷却EGR对NOx排放的影响,EGR经过冷却后降低NOx的效果更加明显,这些研究成果具有重要的工程应用价值.