内燃机燃烧过程的热声振荡现象研究

以经过改装的火花点火式发动机作为研究对象,首先进行不考虑燃烧室声场影响的内燃机燃烧三维模型燃烧模拟,并将模拟结果同燃烧过程高速摄影结果比较分析;然后进行燃烧室声激励下的压力场研究和考虑燃烧室声场影响的准维模型的燃烧模拟计算。不考虑燃烧室声学影响的燃烧模拟结果与实际的燃烧试验结果存在较大的差异;闭式燃烧室内考虑声学影响时,由于燃烧激励使得燃烧室的压力场存在着波动。结果表明,燃烧室的声学特性对燃烧过程中压力的变化存在显著的影响。     

内燃机燃烧过程中高频压力振荡的热声耦合机理

内燃机运转过程中,燃烧室的容积不断地发生变化,燃烧室内的燃烧源分布也随之变化,因而燃烧过程中缸内压力的高频振荡是很复杂的过程.KIVA软件结合SYSNOISE声学软件,建立燃烧室内热声耦合引起的压力场变化模型,定量分析了缸内压力的高频振荡过程.模拟计算多点燃烧激励状态下的燃烧室内压力波的传播过程,模拟结果与试验结果较吻合.模拟计算较好地体现燃烧室内某个位置的压力振荡过程,以及分析造成压力振荡的主要声源特性.结果表明:燃烧放热与燃烧室声场存在相互影响,压力波传播必须考虑声学的迟滞效应.     

直喷式柴油机燃烧压力振荡特性及其对燃烧噪声影响的研究

本文报告了对直喷式柴油机燃烧压力振荡特性及压力振荡对燃烧噪声影响规律的研究，并从理论与试验上研究了燃烧压力振荡的多模态特性及多模态的叠加特性。研究结果表明，通过减小缸内压力振荡可降低直喷式柴油机的燃烧噪声。     

直喷式柴油机燃烧噪声及其与燃烧压力振荡的关系

本文阐述了直喷式柴油机的燃烧噪声及其与气缸压力振荡的关系。文中给出了柴油机的燃烧噪声声压级频谱、气缸压力级频谱和燃烧振荡压力级频谱等图形。文中指出:降低燃烧压力振荡是柴油机降噪工作的重要途径。     

内燃机缸内压力与燃烧噪声

利用小波包分析提取缸内压力和测量噪声的时频信息，结合频谱分析技术，对缸内压力和测量噪声特性进行了研究．结合缸内压力和测量噪声的传递函数及相干分析，讨论了测量噪声各频带活塞拍击噪声和燃烧噪声的情况，并对缸内压力和燃烧噪声各频带所占能量进行了计算和研究．结果表明，通过缸内压力和噪声的时频及频谱分析，能获取更加详细的燃烧噪声和活塞拍击噪声信息，为燃烧噪声的分离以及机理研究提供了技术支撑．     

直喷式柴油机燃烧压力高频振荡与燃烧噪声的关系

应用声响应法和Sysnoise声学软件进行模态实验和模态分析,研究燃烧噪声高频激励机理．通过有限元方法计算燃烧室空腔在点声源激励下的声压响应,确定了燃烧室空腔在激励力作用下产生较强烈的压力振荡的频率．通过测量发动机缸内压力和噪声,研究燃烧压力高频振荡频率和幅值与时间窗获取的燃烧噪声的关系．燃烧压力高频振荡频率与燃烧噪声高频成分具有很好的对应关系,较高的振荡幅值对应的燃烧噪声值较高．研究结果表明,燃烧压力振荡频率和幅值是影响燃烧噪声高频成分的主要因素．     

燃烧振荡的驱动机理

针对热力系统中声耦合燃烧振荡问题,分析了强迫共振和热声自激两类声耦合燃烧振荡的机理,重点综述了热声自激振荡的若干驱动机制,并给出了防止声耦合燃烧振荡的措施。     

声响应法在直喷式柴油机燃烧压力振荡频率特性研究中的应用

本文采用声响应法对直喷式柴油机燃烧压力振荡频率特性进行了深入的研究，为此设计了一套用于压力振荡研究的实验装置，获得了常温下燃烧空腔压力振荡的共振频率随曲轴转角变化的规律，揭示了燃烧室形状和气体温度等参数对压力振荡共振频率的影响，其试验结果与理论分析基本吻合。     

声响应法在直喷式柴油机燃烧压力振荡频率特性研究中的应用

本文采用声响应法对直喷式柴油机燃烧压力振荡频率特性进行了深入的研究，为此设计了一套用于压力振荡研究的实验装置，获得了常温下燃烧空腔压力振荡的共振频率随曲轴转角变化的规律，揭示了燃烧室形状和气体温度等参数对压力振荡共振频率的影响，其试验结果与理论分析基本吻合。     

柴油机燃烧室气体振荡的模拟与试验研究

基于燃烧数学模型中的流场模型,对柴油机燃烧过程中的气体高频声波振荡问题建立声学模型并给出了求解方法。用该方法对燃烧室内的声学变化特性进行计算,并将不同转速和不同负荷工况下的实测缸压振荡结果和声学计算结果进行对比。研究结果表明:该方法能正确计算柴油机燃烧过程中的压力振荡。对于试验用柴油机,燃烧室气体第一阶主振荡频率均在5kHz以上,振荡规律与具体的工况有关。直接影响燃烧振荡性质的两个因素为放热速率和燃气温度,燃气温度越高,则发生振荡时的振荡频率越高;放热规律曲线峰值越大则振荡幅值越大。以8×10-5 s为间隔绘制了声场分布图,结果表明:燃烧室中的声场分布是不均匀的,且随时间变化十分迅速。     

基于KIVA和SYSNOISE的柴油机燃烧振荡数值模拟计算

为研究内燃机燃烧噪声产生的机理,建立了能描述燃烧室结构特征的声模态计算模型。利用FORTRAN语言进行编程,将KIVA源程序与声-振软件SYSNOISE相结合,开展多点激励下的燃烧室燃烧压力振荡的计算。初步研究了燃烧室空腔模态及压力场的特性和变化规律。研究结果表明,燃烧室空腔模态随着发动机工作过程气体温度的急剧上升而增大,燃烧压力振荡开始于燃烧初期的预混合燃烧并随喷油提前角的增加而增大。     

运用波动方程计算内燃机爆震燃烧时的热声耦合性质

分析热声耦合领域和内燃机爆震的研究现状,给出根据KIVA燃烧模型推导出的三维波动方程,将之与KIVA相耦合,对一台内燃机爆震燃烧时的声波进行计算.结果显示,燃烧室内声学波动频率很高,且爆震时其幅值可达数个兆帕.对比实测爆震气缸压力高频信号可知,该波动方程可正确计算爆震时燃烧室内声波.对比高速摄影实验结果.声场计算结果和气体获得声功的分布图可知,声场的振荡比火焰传播更快、更复杂;内燃机燃烧的热声振荡没有特定部位稳定声功的输出或输入.最后,总结了常规热声机和内燃机热声耦合性质的异同.     

内燃机压缩过程冷态流场的大涡模拟

通过修改发动机多维CFD计算程序KIVA-3V,建立了内燃机压缩过程冷态流场的大涡模拟（LES）计算模型。利用此模型对内燃机压缩过程中缸内流场的水平速度及湍流动能进行了详细分析,并与k-ε模型进行了比较。结果表明与采用k-ε模型计算时相比,采用LES计算时显示了更为复杂的湍流结构,而且LES所能捕捉到的涡团结构范围要大于k-ε模型。同时,采用LES计算时得到的湍流动能要远远低于k-ε模型。     

内燃机仿真实验室的设计

针对内燃机实验室由于各种条件的约束而难以满足全部实验要求的局限性,提出内燃机仿真实验室的设计构想,完成外部控制器硬件的开发和仿真实验软件的应用设计。仿真实验室软件部分实现对内燃机工作过程的模拟和故障的诊断排查,硬件部分通过设计外部控制器实现对模型的控制和使用。通过教学应用和实践,表明仿真实验室可以减少实验资源的浪费、提高安全系数、满足反复试验的要求。     

燃烧室几何形状对柴油机燃烧过程影响的数值模拟研究

通过工作过程模拟程序确定柴油机工作的初始边界条件,并运用CFD程序研究不同径深比燃烧室对混合气形成、燃烧及排放的影响。结果表明,三维模拟的示功图和放热率与实测结果基本吻合;径深比较小的ω1燃烧室在喷油过程中有强烈的燃油蒸汽撞壁现象,恶化了碳烟排放;径深比较大的ω1燃烧室在喷油初期的燃油分布相对不均匀,燃烧室局部存在高温富氧区,造成NOx排放偏高;将工作过程模拟和三维模拟相结合,能更精确地分析发动机工作过程,排放的计算值与实测值在趋势上有较好的一致。     

模型燃烧室燃烧自激振荡与音频特征的实验研究

以甲烷为燃料,在以GE燃机6B喷嘴为基础的1/3模型燃烧室中,研究了燃烧室空气流量和当量比的变化对燃烧自激振荡的压力波动的影响,以及燃烧发出的音频信号的特征。实验结果显示：在3组不同的入口空气流量工况下,随着当量比的增加,燃烧室的稳定——自激振荡——稳定工作的变化趋势保持一致;在不同的流量下,当量比=0.61的工况产生了最强烈的自激振荡,同时振荡的压力波动幅值和频率随燃烧室入口空气流量的增加而增大;通过FFT（快速傅里叶变换）计算发现,在有明显自激振荡的工况中,动态压力与音频信号的幅值均大幅超过稳定燃烧的工况,同时音频信号的一个特征频率与动态压力信号的特征频率重合。     

基于径向基函数神经网络的内燃机气缸压力识别

提出了一种新的利用内燃机缸盖振动信号识别气缸压力的径向基函数（radial basis function,RBF）神经网络方法。首先,给出了该方法的实现原理与步骤,并根据内燃机的工作特性,对径向基函数神经网络的参数进行了有效的设置,建立了完整的内燃机缸盖振动信号与气缸压力之间的非线性映射关系;然后,对试验数据进行了处理。结果表明,这种方法不仅在压力波形而且在特征点的数值上都具有较高的识别精度并有较强的鲁棒性。最后,对有关问题进行了讨论。