氢发动机SCR催化器的NOx转化效率模拟

建立一维选择性催化还原（selective catalytic reduction，SCR）催化器模型，采用稳态、瞬态小样试验标定SCR化学反应动力学机理，并分析SCR催化器对氢发动机排气中NO_x的催化还原过程。结果表明：入口O₂体积分数对NO_x催化还原有抑制作用，但入口H₂O体积分数对NO_x转化效率没有明显影响；当温度为250~400 ℃时，线性温升工况NO_x转化效率高于稳态工况且超过98%；氢发动机排气温度和原排NO_x体积分数随功率增大而增大，当功率大于60 kW且氨氮比等于1时，SCR催化器转化效率小于95%；增加氨氮比对NO_x转化效率的提高作用较小，这是由于在高温条件下增加的NH₃倾向与O₂反应。     

工作环境对自然吸气柴油机性能影响仿真

基于CY4102BG四冲程自然吸气柴油机,利用GT-POWER一维仿真计算软件建立柴油机工作过程仿真模型,研究高原和水下工作环境对柴油机性能的影响。仿真结果表明：随着海拔的增高,柴油机有效功率有所下降,NO_x排放上升,排气温度增加;随着水下排气背压的增高,柴油机有效功率下降,NO_x排放显著上升。针对柴油机在非标况环境下NO_x排放性能的恶化,通过调节喷油参数来优化柴油机综合性能。经优化,在不同工作环境下柴油机NO_x排放降低7.3%~21.4%,优化效果较为明显。     

褶皱式玻璃纤维基底的钒基催化剂性能研究

基于NH₃选择性催化还原（selective catalytic reduction, SCR）反应机理,对采用褶皱式玻璃纤维基底的钒基催化剂在重型柴油机中的应用性能进行模拟研究,并与传统堇青石基底钒基催化剂进行对比。利用国六发动机台架测试结果对模拟程序进行了验证,然后研究了氨氮比、NO₂/NO_x比及空速对褶皱式玻璃纤维基底的钒基催化剂在低温下NO_x转化及NH₃泄漏特性的影响。结果表明：低温下褶皱式玻璃纤维基底钒基催化剂的NO_x转化性能明显优于相同条件下的堇青石基底钒基催化剂。氨氮比的增加对褶皱式玻璃纤维基底的钒基催化剂的NO_x转化性能无明显影响;当氨氮比从0.8增加到1.2时,在200 ℃~500 ℃的区间内NH₃的泄漏量由1×10^-6提高到100×10^-6。NO₂/NO_x比增加可有效提高钒基催化剂的低温性能。当温度为150 ℃时,NO₂/NO_x比由0提高为0.5,钒基催化剂的NO_x的转化效率从14.0%上升到76.0%,而NH₃泄漏量由428×10^-6下降为9×10^-6。当温度为200 ℃时,30 000 h^-1空速下钒基催化剂的NO_x转化效率为98.5%,比90 000 h^-1下提升近30.0%;NH₃泄漏量为7×10^-6,比90 000 h^-1下降低150×10^-6。     

铜分子筛涂覆颗粒捕集催化剂的实验研究

针对柴油催化氧化系统（diesel oxidation catalyst，DOC）、颗粒捕集器（diesel particulate filter，DPF）、选择性催化还原（selective catalytic reduction，SCR）系统应用于轻型车时面临的催化剂布置困难和SCR催化剂温度低等问题，将SCR催化剂涂覆到DPF载体（简称SDPF），实现NO_x减排和PM捕集功能，同时可显著减小后处理催化剂的体积。分别考察SDPF在200、300和400 ℃时不同碳烟加载量下的台架测试背压，测试结果表明SDPF催化剂加载碳烟在0~4.0 g/L范围内背压增长显著，在4.0~6.0 g/L范围内背压增长不明显。选取体积类似的SDPF和SCR催化剂进行新鲜态NO_x转化性能对比测试，测试结果表明：SDPF催化剂仅需相同体积SCR催化剂约2/3的涂覆量即可达到相当的NO_x转化能力，碳烟加载主要影响230 ℃以下的低温段NO_x转化。SDPF载体积炭量达到6.0 g/L后进行快速升温，以测试催化剂的积炭再生性能。测试结果表明：SDPF积炭再生时高温区域集中在出气端中心区域，可探测最高温度低于650 ℃，较充分的碳烟再生时间应大于15 min。     

g-C3N4/TiO2可见光催化降解磺胺甲恶唑的研究

以TiO₂颗粒和三聚氰胺为原料,采用高温煅烧法制备g-C₃N₄/TiO₂复合光催化材料,研究其对仿生生态系统中磺胺类抗生素的去除效果。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、紫外可见分光光度计（UV-vis DRS）对g-C₃N₄/TiO₂进行表征,并研究在可见光条件下g-C₃N₄/TiO₂对溶液中磺胺甲恶唑（SMX）的光催化降解效果。结果表明,g-C₃N₄/TiO₂具有良好的光催化活性,在可见光照射下,当g-C₃N₄/TiO₂投加量为0.2 g·L^-1时,对初始质量浓度为200 μg·L^-1的SMX的去除率可达84.3%。在相同条件下,而g-C₃N₄和TiO₂只能分别去除21.0%和16.0%的SMX,同时在仿生系统中12.37 g·m^-2 g-C₃N₄/TiO₂可以去除95.35%的SMX。通过质谱分析推测,SMX可能的降解路径分别为S—N键断裂、C—N键断裂、S—C键断裂、SMX的羟基化和SMX上氨基的硝化反应,两种可能的中间产物分别为对氨基苯磺酰胺和3-氨基-5-甲基异恶唑。     

CNs−Bi12O17Cl2复合体系制备及光催化降解性能研究

采用简易水解法制备了一系列CNs−Bi₁₂O₁₇Cl₂复合半导体材料并对其物相、光学性质和光催化降解性能进行了分析表征。X射线衍射光谱表明复合体系衍射峰与四方晶相Bi₁₂O₁₇Cl₂一致,紫外可见漫反射光谱证明复合材料在可见区域具有较强的光吸收能力,由此可提高光催化活性。在可见光照射下,复合体系相对于纯Bi₁₂O₁₇Cl₂对亚甲基蓝具有更高的降解效率,特别是具有合适组分的样品CB50可以在180 min后完全去除20 mg·L⁻¹的亚甲基蓝分子,这主要是由于CNs的引入抑制了光生载流子的复合,使复合体系表现出更高的光催化降解性能。最后,提出了可能的光催化机理。     

燃烧系统参数对商用车发动机燃烧和排放特性的影响研究

为改善商用车发动机性能,采用计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）模拟、正交设计等方法,针对某商用车的燃烧室结构参数设计了4种新方案,并选取油束夹角、喷雾锥角、主喷正时等3个喷油参数开展多因素影响研究。结果表明：燃烧室形状曲线向内收缩且最大半径增大的方案1燃烧室可提升缸内湍流特性,改善燃油浓度分布,使燃烧速度加快,油气混合更好,为最优方案。在喷油参数研究方案中,以碳烟（soot）排放为优化指标时,油束夹角对排放特性影响最大,最优匹配方案是油束夹角147°、喷雾锥角15°、主喷正时-1°,其缸内碳烟排放较原机下降13.91%,且NO_x排放减少13.98%;以氮氧化物（nitrogen oxides, NO_x）排放为优化指标时,主喷正时对排放特性影响最大,最优匹配方案是油束夹角160°、喷雾锥角25°、主喷正时-1°,其缸内NO_x排放较原机降低37.79%。     

离心风机双圆弧型线的气动特性研究

通过控制双圆弧叶型两段圆弧相切点半径、切点处叶片角两个参数,设计多种双圆弧离心风机模型,采用计算流体力学获得风机性能和流场数值解,研究中间圆系数、叶片角系数对性能的影响。结果表明,双圆弧离心叶轮设计中中间圆系数取0.7时,整机性能平稳,效率和压升较高;在叶轮进口段叶片角缓慢增长而在出口段叶片角的快速增大有利于减小流动损失,改善流场品质,提高风机效率。     

奥氏体钢SP2215和马氏体钢X19CrMoNbVN11−1在高温高压超临界CO2环境下的腐蚀行为研究

超临界CO₂布雷顿循环具有循环效率高、体积小等优点，实际应用中循环系统部件面临因焊接及叶片自身旋转等拉应力的存在而加重腐蚀的问题，因此探明部件材料腐蚀行为是其在工程领域中应用的前提条件之一。搭建了超临界CO₂布雷顿循环实验台，模拟实际应用工况，并添加四点应力装置为样件施加载荷。研究了奥氏体钢SP2215和马氏体钢X19CrMoNbVN11−1(简称X19)在20 MPa/550 ℃的CO₂环境中未加载和加载应力下的腐蚀行为（900 h）。利用X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜及X射线能谱对两种材料腐蚀产物的形貌和成分进行了分析，并对材料的腐蚀行为进行了对比，结果发现： SP2215样件的氧化物主要为Cr₂O₃ 和Fe₃O₄，但应力加载样件表面Fe₃O₄信号更强烈。应力加载加剧了样件的腐蚀，增加了氧化膜厚度，使样件表面发生了严重的氧化层脱落。未加载的X19 表面出现了单质碳，生成的氧化物为Fe₃O₄与FeCr₂O₄，且可能存在分层现象。SP2215抗腐蚀能力优于X19，实验中并未出现明显的渗碳腐蚀现象。研究可为超临界CO₂布雷顿循环工程应用选材提供参考。     

簸萁形进水流道进水收缩段底面倾角对流道水力性能的影响

为了探究簸萁形进水流道进水收缩段底面倾角对流道水力性能的影响,建立了簸萁形进水流道的进水结构物理模型和水动力学模型,采用雷诺N-S方程和RNGκ-ε湍流模型,对进水收缩段5种不同底面倾角的流道水流流场进行数值模拟。结果表明,底面倾角对流道进水收缩段和喉部的流速分布影响较大,较大的底面倾角使进水收缩段的流线分布密集度和喉部流线弯曲度增大、流速升高,增大了流道水力损失,降低了流道出口断面流速分布的均匀度;较小的底面倾角使进水收缩段的流线分布平顺和喉部流线弯曲度变缓、流速降低,减小了流道水力损失,提高了流道出口断面的流速分布均匀度;进水收缩段底面倾角的大小对流道出口断面的水流速度加权平均角无明显影响;分析不同底面倾角的流道水力性能,在簸萁形进水流道的进水收缩段底面倾角≤3°时,进水流道的水流平顺,水力损失小,流道出口的水流流态满足水泵叶轮室进口的进水条件。     

面向数字孪生的电控喷油器蓄压腔压力信号处理算法

针对构建电控喷油器计量特性数字孪生体的需求,设计电控喷油器蓄压腔压力信号处理算法,包括模数转换、去除毛刺滤波、降噪滤波、数值单位转换和特征值提取等,用于提取蓄压腔压力特征值（t_m, p_m）。重点研究降噪滤波算法窗口长度N、迭代次数m等关键参数对特征值提取精度、稳定性及计算时间的影响,确定最佳滤波参数并在全工况范围内开展试验验证,结果表明使用最佳滤波参数的信号处理算法降噪滤波所需时间为3.99 ms,特征提取t_m的最大误差为139.9 μs,特征提取p_m的最大相对误差为0.39%。     

水泵水轮机泵工况下内部空化特性分析

为研究空化条件下水泵水轮机泵工况的内部空化特性,基于ANSYS CFX(有限元分析)软件采用k-ε湍流模型、均质多相模型和Rayleigh-Plesset方程,对某抽水蓄能电站模型机进行了全流道非定常空化流动数值计算。根据模拟结果预测了水泵水轮机泵工况工作无空化时的能量特性和空化发生时的空化性能,并与试验数据对比。结果表明:流场数值计算成功地捕获到了空化发生、发展及空间演变过程;随着空化数的变化,空泡在叶片背面进口附近产生,然后沿着流线向叶轮出口扩散,并随着流道过流面积的增大向叶片工作面扩展,直接影响叶片上的压力分布和叶片中间流线上叶片载荷分布;在空化严重时,会造成叶轮流道内流动紊乱和严重堵塞,导致效率的大幅下降,对机组安全稳定运行非常不利。     

径向密封泄漏作用下喷射策略对柴油转子发动机燃烧过程的影响

为进一步提升柴油转子发动机的性能,对柴油转子发动机缸内燃烧过程进行了研究。此外,考虑到转子发动机在实际工作过程中难以避免的径向泄漏,建立了一种考虑径向密封泄漏的周边进气转子发动机三维动态计算模型,并对模型进行了验证。结合该计算模型,研究了柴油喷射时刻和喷射持续期对燃料分布及燃烧过程的影响。结果表明：当喷射时刻为上止点前80°曲轴转角且喷射持续期为50°曲轴转角时可获得较好的燃烧和排放特性。与原方案相比,缸内峰值压力提升了11.38%,碳烟和CO生成量分别降低了78.71%和92.72%,NO_x和CO₂生成量有所增加。     

分流叶片周向位置设计及其对离心叶轮内部流动的影响

利用计算流体力学软件,对某高压比、高转速、小流量离心式压气机的半开式叶轮内部三维粘性流场进行了数值模拟研究。重点分析了分流叶片周向位置对叶轮内部流动和性能的影响,提出了适合此半开式离心叶轮分流叶片周向位置的设计方案。结果表明：分流叶片不同周向位置对流场影响明显,当分流叶片偏向长叶片吸力面侧时,叶轮流道内低速区增大,流动分布不均匀。研究还发现：固定分流叶片进口而将出口位置向长叶片压力面侧偏置,可以改善叶轮内部流动情况,提高叶轮性能。     

动叶可调轴流风机前后级叶轮单叶片非同步调整时的内流特征

对某两级动叶可调轴流风机进行了整机三维定常数值模拟,研究了不同工况下第一、第二级叶轮单叶片安装角发生非同步调整对风机整机、单级叶轮以及异常叶片周围流场的影响.结果表明:叶片安装角发生小角度偏离时,风机的全压和效率均变化不大,随着偏离度△βy的增大,风机性能显著恶化;第一级叶轮异常时风机的整体性能、单级叶轮的总压升能力和异常叶片自身的做功性能以及前后级导叶效率均劣于第二级叶轮异常时,尤其是负向偏离时表现更显著,仅△βy=12°时优于第二级叶轮异常时;正向偏离时,第一、第二级叶轮的熵产率和流线分布呈相似规律,均在异常叶片吸力面侧尾缘形成高熵产率区和分离涡,其大小随△βy增大而增大;负向偏离时,第一级叶轮异常时在异常叶片的压力面侧为高损失区,而第二级叶轮异常时则对相邻叶片的吸力面产生影响,并在其尾部形成分离涡.     

气溶胶污染物跨楼层传播特性数值研究—建筑热羽流影响

太阳辐射力和水平来流惯性力引起的壁面热羽流会对建筑表面的污染物跨楼层扩散传播产生明显影响。采用风洞实验和数值模拟,研究6层居民建筑在不同强度热羽流影响下,气溶胶污染物沿建筑立面不同楼层扩散分布特性。采用理查德森数Ri表示建筑立面热羽流的强弱。研究表明,建筑立面的热羽流对气溶胶污染物的扩散分布有明显影响。当Ri < 2.28时,污染物主要向迎风面近地面聚集,导致近地面污染物浓度较高;当Ri ≥ 2.28时,污染物向高处扩散,将引起严重的污染物跨楼层扩散传播风险。     

主动式冷梁性能对房间气流组织影响模拟研究

以某主动式冷梁送风房间为模型，利用计算流体力学（CFD）软件模拟了主动式冷梁性能对房间气流组织的影响，并将模拟值和实测值进行了对比，验证了模型的准确性。利用该模型研究了主动式冷梁出风速度、出风温度、出风角度、出风高度以及回风口位置对房间气流组织的影响。结果表明：若仅改变出风速度，当出风速度从1 m·s⁻¹增大到4 m·s⁻¹时，预期平均通感P_M下降，不适人员比例P_D先降后升，出风速度为2 m·s⁻¹时，P_D最小，为9%，此时人员对环境的满意度最高；若仅改变出风角度，当出风角度为45°时房间气流组织分布最佳；若仅改变出风高度，当出风高度为2.33 m时房间气流组织分布最佳。在出风温度为20 °C、出风速度为4 m·s⁻¹时，比较不同回风口位置（上部、中部、底部）时距离地面高度Y=1.2 m截面的气流组织变化，发现回风口位于底部时该截面温度最高，空气速度最小，空气龄最大，P_D最小，为28%，此时人体冷热感觉较舒适。     

叶片包角对高比转速离心泵固液两相非定常特性的影响

为了分析叶片包角在固液两相流下对高比转速离心泵非定常特性的影响,采用ANSYS CFX软件和Mixture多相流模型对5种不同叶片包角离心泵的固液两相流进行了非定常数值模拟,分析了叶片包角对固液两相流离心泵瞬时扬程、压力脉动及径向力的影响。研究表明:随着叶片包角每增大10°,固液两相流离心泵的瞬时扬程有所降低,波动时间会延迟0.001 s;流道内及隔舌处的压力值越来越小,脉动幅值越来越大,压力波动时间向后延迟0.001 s;叶轮上的径向力会增大,隔舌处的径向力会减小,受力方均向顺时针偏转;不同包角下的固液两相流离心泵叶轮流道内的压力脉动主频均出现在转频处,隔舌处的压力脉动主频出现在叶频处。其中,叶片包角φ=120°是叶轮流道内压力值和压力脉动幅值增减速度快慢的分界点,也是隔舌处的压力脉动幅值最小值点。     

气液两相条件下离心泵叶轮受力分析

为了研究气液两相混输条件下离心泵叶轮做功原理及能量转换机理,基于欧拉双流体模型,以水和空气为工作介质,在不同初始含气率工况下,利用数值模拟软件CFX对离心泵内流场进行数值计算。结果表明:叶轮流道内气相主要分布在叶片背面及出口边附近;随着初始含气率的增加,气相将在叶片背面形成较为稳定的气泡团,出现严重的相态分离,造成叶轮内出现严重的漩涡、二次流和气塞现象,使离心泵水力损失增加,扬程急剧下降;叶片受到的动反力也逐渐降低,引起叶轮轴向力的加大;同时,含气率的升高加剧了叶轮周向上的不均匀流动,破坏了叶轮径向力的周期性变化。     

考虑进气预旋的离心压缩机流动的数值分析

对某单级离心压缩机内的流动进行了数值模拟.计算结果表明,扩压器内压力最大的位置出现在蜗舌附近;当进口无预旋或预旋不大时,叶轮内流动参数的周向分布和一周叶片的受力情况是不对称的;在进口大预旋条件下,除蜗舌附近的周向位置外,叶轮内流动参数和主叶片受力趋于周向对称分布.