多孔介质发动机燃烧过程的多维数值研究

多孔介质发动机是一种新概念内燃机,它能实现均质和稳定燃烧.用改进的KIVA-3V对一种特定结构的多孔介质发动机的工作过程进行了模拟,并讨论了多孔介质初始温度、多孔介质结构特点对其燃烧与工作特性的影响.计算结果表明,在压缩比一定时,多孔介质初始温度是多孔介质发动机能否压燃着火的决定性因素;不同结构的泡沫陶瓷直接影响多孔介质内气固两相的换热,影响燃烧后期缸内温度和多孔介质固相的平均温度.     

多孔介质发动机的双区燃烧模型

多孔介质(PM)发动机是基于多孔介质燃烧技术的新型发动机,能够实现均质和稳定燃烧。在考虑了区间质量分布、壁面传热、区间质量交换等因素的基础上,结合多孔介质换热模型,建立了多孔介质发动机的一种双区模型,对其燃烧过程进行模拟。着重讨论了进气温度和压强、压缩比、过量空气系数等参数对多孔介质发动机性能的影响。计算结果表明多孔介质对混合气的预热作用,促进了液体燃料汽化和燃烧反应发生,多孔介质初始温度对发动机的压燃着火起决定性作用。     

复合供气压缩着火天然气发动机的试验研究

设计开发的天然气发动机压缩着火燃烧系统采用球形涡流室式燃烧室结构及天然气复合供气系统,通过台架试验研究了不同天然气供气方式、进气加热温度、高压供气定时和高、低压供气比例对着火燃烧和排放的影响.结果表明,高压供气定时、高低压供气比例、进气加热温度对天然气压燃和排放的影响均存在最优值;与天然气低压供气方式相比较,复合供气方式实现天然气发动机的着火起动需要较高的辅助加热条件;但是在扩展发动机运转范围方面具有明显优势.     

多孔介质发动机工作过程单区模型模拟

采用单区燃烧模型模拟多孔介质（PM）发动机的压缩、燃烧和膨胀过程。以热力学第一定律为基础，引入多孔介质换热模型，建立了多孔介质发动机的能量方程。计算了多种工况参数下PM发动机缸内温度、压强变化规律，分别讨论了压缩比、过量空气系数、多孔介质温度、多孔介质体换热系数等参数对多孔介质发动机燃烧过程的影响。将PM发动机与传统发动机加以比较，结果表明PM使缸内温度和压强的变化趋于平缓，这有利于混合气着火并可降低NO，排放。     

臭氧对天然气均质压缩燃烧的影响

针对均质压燃(homogeneous charge compression ignition,HCCI)技术仍存在着火时刻控制困难、燃烧不充分等问题,以天然气HCCI发动机为研究对象,通过建立HCCI单区模型,耦合CH4-O3反应机理,研究添加臭氧(O3)和一定臭氧浓度下初始参数对天然气HCCI发动机的燃烧过程和排放特性的影响。结果表明:添加O3可以使着火时刻提前,缸内温度和压力升高,且随着O3浓度增大效果越明显,增长幅度逐渐下降;提高进气温度使缸内压力峰值下降,当量比的增大使着火时刻延迟,提示可通过改变O3浓度和初始参数实现对燃烧相位的控制;O3浓度和发动机初始参数的增大均不同程度上促进了NOx排放。     

HCCI发动机着火过程控制参数的研究

为了研究HCCI发动机着火控制时刻影响因素,建立了模拟HCCI发动机燃烧的计算模型,以甲烷/丙烷混合物和正庚烷/异辛烷混合物作为燃料,考察了十六烷值、辛烷值、压缩比、燃空当量比、进气温度和压力等因素对HCCI发动机着火时刻的影响.计算结果表明:随着燃料十六烷值的减小或辛烷值的增加,相同条件下燃料的着火延迟期增加;压缩比、燃空当量比和进气温度的变化会引起燃料着火时刻的显著变化;进气压力的变化对燃料着火延迟期的影响较小;气体十六烷值越低,辛烷值越大,着火延迟期受上述参数变化影响越大.研究结果为HCCI发动机的优化设计和燃烧控制提供指导依据.     

预混合压燃式天然气发动机燃烧性能的初步试验研究

对影响单一燃料天然气发动机压缩着火运转范围和排放特性的相关因素进行了试验研究．设计开发的新型燃烧系统采用球形涡流室式燃烧室配以电控天然气复合供气系统,通过台架试验,研究了不同的天然气供气方式、涡流室结构参数、进气空气加热温度及陶瓷电热塞温度对着火燃烧及排放的影响．试验结果表明,天然气低压进气道供气方式有利于天然气的压缩着火;在一定范围内适当增加涡流室与主室通道尺寸,有利于缓解预混合压燃的敲缸现象;辅助加热温度受到敲缸与部分燃烧现象的制约,应当精确控制．     

压燃式天然气发动机缸内流动特性

本文提出了一种压燃式天然气发动机燃烧系统,并在不同的燃烧室结构参数下对其燃烧特性和缸内流场分布进行了模拟计算.结果表明,半球型副燃烧室着火性能要优于平底型副燃烧室;较小通道直径有利于抑制燃烧敲缸和扩大功率输出;如果将通道进行适当的右偏移后,在不改变着火性能的基础上,可以有效降低燃烧速率,避免燃烧敲缸.     

二甲醚均质压缩燃烧的数值模拟研究

采用最新的二甲醚(DME)化学动力学反应机理(DME氧化机理包括399个基元反应,涉及79种组分),利用LawrenceLivermore国家实验室开发的HCT软件,进行DME均质充量压燃着火过程的变参数研究。从理论上分析讨论进气温度、进气压力、燃空当量比、发动机转速对燃烧的影响。研究结果表明:DME的均质充量压燃(HCCI)燃烧过程有明显的两阶段,进气温度、进气压力、燃空当量比和发动机转速等参数的改变都会导致DME均质压缩燃烧过程的变化。     

DME均质充量压燃着火过程的数值模拟研究

以新型发动机代用燃料二甲醚(DME)为例，采用最新研究的DME化学动力学反应机理(DME氧化机理包括336个基元反应，涉及78种组分)，利用美国SANDIA国家实验室开发的cHEMKIN-Ⅲ软件，进行了DME均质充量压燃着火过程的数值模拟，并从理论上讨论分析了压缩比、进气温度、进气压力、燃空当量比、发动机转速对燃料着火时刻的影响。研究结果表明：DME的HCCI燃烧过程有明显的两阶段，压缩比、进气温度、进气压力、燃空当量比和发动机转速等参数的改变都会导致DME压燃着火过程的显著变化。     

Simulation of a porous medium (PM) engine using a two-zone combustion model

Porous medium (PM) engine was a new type engine based on the technique of combustion in porous medium, which can realize homogeneous and stable combustion. In this paper, the combustion and working processes of a specific PM engine were simulated by a two-zone model considering the influences of the mass distribution, heat transfer from the cylinder wall, mass exchange between zones and the heat transfer in porous medium. Influences of operating parameters, e.g. intake temperature and pressure, compression ratio, the excess air ratio on the performance of the PM engine were discussed. It was found out that the porous medium, acting as a heat recuperator, can significantly enhance the evaporation of liquid fuel and preheat the mixture, which promotes the ignition and combustion in the cylinder; and that the initial PM temperature and the compression ratio are critical factors controlling the compression ignition of the mixture.     

一种新概念内燃机--基于多孔介质燃烧技术的超绝热发动机

多孔介质中的超绝热燃烧是一种先进的燃烧技术，具有高效低污染的特点。将这一技术应用于发动机领域，有可能引起内燃机技术和产业的一场重大革新。介绍超绝热燃烧的概念，讨论了多孔介质中往复流动下超绝热燃烧的特点，对多孔介质发动机的工作循环作了简单的热力学分析。在此基础上，对当前国外超绝热发动机的基础研究进行综述，着重介绍了分别由美国、日本和德国提出的三种超绝热发动机的方案的理论和实验研究进展，以期引起我国内燃机界对这一发展动向的关注。     

Influence of pentanol and dimethyl ether blending with diesel on the combustion performance and emission characteristics in a compression ignition engine under low temperature combustion mode

Dimethyl ether (DME) and n-pentanol can be derived from non-food based biomass feedstock without unsettling food supplies and thus attract increasing attention as promising alternative fuels, yet some of their unique fuel properties different from diesel may significantly affect engine operation and thus limit their direct usage in diesel engines. In this study, the influence of n-pentanol, DME and diesel blends on the combustion performance and emission characteristics of a diesel engine under low-temperature combustion (LTC) mode was evaluated at various engine loads (0.2–0.8 MPa BMEP) and two Exhaust Gas Recirculation (EGR) levels (15% and 30%). Three test blends were prepared by adding different proportions of DME and n-pentanol in baseline diesel and termed as D85DM15, D65P35, and D60DM20P20 respectively. The results showed that particulate matter (PM) mass and size-resolved PM number concentration were lower for D85DM15 and D65P35 and the least for D60DM20P20 compared with neat diesel. D60DM20P20 turned out to generate the lowest NO_x emissions among the test blends at high engine load, and it further reduced by approximately 56% and 32% at low and medium loads respectively. It was found that the combination of medium EGR (15%) level and D60DM20P20 blend could generate the lowest NO_x and PM emissions among the tested oxygenated blends with a slight decrease in engine performance. THC and CO emissions were higher for oxygenated blends than baseline diesel and the addition of EGR further exacerbated these gaseous emissions. This study demonstrated a great potential of n-pentanol, DME and diesel (D60DM20P20) blend in compression ignition engines with optimum combustion and emission characteristics under low temperature combustion mode, yet long term durability and commercial viability have not been considered.     

多孔介质发动机流动与燃烧特性的大涡模拟初探

对多孔介质发动机的燃烧特性采用大涡模拟进行了初步分析.首先计算了考虑多孔介质随机结构特性的定容燃烧室内气体燃料喷射过程,并与自由空间中的喷射过程进行了对比.然后采用大涡模型对两种结构形式的多孔介质发动机的燃烧过程进行了初步的计算分析.多孔介质的存在增强了湍流涡团的小尺度结构,明显改变了燃料的空间分布,而采用大涡模拟(L...     

多孔介质发动机再热循环有限时间热力学分析

建立了多孔介质（PM）发动机循环的有限时间热力学模型，对PM循环进行了分析，导出了存在摩擦及传热损失时循环功率与压缩比、效率与压缩比以及功率效率的特性关系，同时由数值计算分析了压缩比、预胀比、传热损失和摩擦损失对循环性能的影响特点。将PM循环与Otto循环进行了比较，结果表明：PM循环的性能要优于Otto循环的性能。     

均质充量压缩点火燃烧研究进展

柴油机以扩散燃烧为主 ,汽油机燃烧是预混燃烧 ,两种燃烧方式都不能解决碳烟和氮氧化物生成的trade-offs关系。介绍了新一代内燃机燃烧理论———均质充量压缩点火 (HCCI)燃烧方式 ,HCCI燃烧由化学动力学控制 ,无明显的火焰前锋 ,最高燃烧温度较低 ,生成的碳烟和一氧化氮的量很少 ,这种燃烧接近等容燃烧 ,有很高的热效率 ,可以解决碳烟和氮氧化物的trade-offs问题。列出了HCCI燃烧的技术措施和典型的燃烧方式 ,也指出了HCCI燃烧需要解决的几个问题 :燃烧控制、均质混合气的形成、HC和CO的控制、冷起动和过渡工况、控制系统等。燃烧控制是HCCI燃烧中最重要的问题。     

用扩散及准均质混合气压燃的组合燃烧降低柴油机碳烟与NOx排放的研究

在柴油机的一部分工况采用现有的扩散燃烧方式，另一部分工况采用柴油引燃醇燃料均质混合气的组合燃烧方式，利用醇燃料的高汽化潜热和含氧的特性，达到同时降低柴油机碳烟及氮氧化物(NOχ)的目的，并且避免在小负荷燃烧醇燃料带来的高醛类排放问题。在一台4缸水冷直喷式发动机上采用上述组合燃烧法进行试验，从发动机进气管处喷进乙醇形成均质混合气，然后由柴油引燃。由电控装置控制乙醇喷入量及其喷入时刻。试验结果表明，与原机相比，碳烟和NOχ排放分别减少了50％和30％，同时燃料的消耗率也有大幅度降低。     

多入口多孔介质燃烧器的数值模拟

在多入口燃烧器内加入多孔介质,以甲烷/空气为燃料,采用非预混燃烧的数值模拟方法,探究多入口燃烧器的燃烧情况.对比多孔介质燃烧与空间自由燃烧,分析了"超焓燃烧"现象;在多孔介质燃烧基础上,探究不同当量比对燃烧温度的影响;在多孔介质燃烧和不同当量比的基础上探究污染物CO和CO_2的排放情况.结果表明:多孔介质燃烧可以实现"超焓燃烧"特性,燃烧火焰温度高于自由空间燃烧温度;当量比对燃烧温度影响很大,随着当量比的增大,燃烧器内最高燃烧温度升高,但燃烧过程存在一个最佳当量比0.6,超过该当量比后最高温度将不再变化;多入口多孔介质燃烧有助于减少CO和CO_2的生成量.     

阻火器型式对防爆柴油机性能影响的对比分析

通过CFD-Fluent对排气平板/波纹阻火器内部流场、压力场进行流体数值模拟。结果表明,对于降低排气背压,波纹阻火器效果优于平板阻火器,且能保证防爆效果。对防爆柴油机排气防爆系统进行台架试验,分析了TY4100QFB型防爆柴油机加装相等废气流通面积、不同规格平板/波纹阻火器时,外特性下不同转速排气背压对柴油机动力性、经济性和排放的影响规律。试验结果表明,波纹阻火器因其较大的空隙率对于降低排气阻力,优化燃烧,降低CO、NO_x、PM排放效果显著,CO、NO_x、PM平均降幅分别为8.5%、4.6%、11.45%,转矩、燃油消耗无显著变化。同时波纹阻火器有利于减小设计尺寸,降低质量。