柴油机瞬态工况烟度排放特性及分析

为了研究车用柴油机瞬态工况中,燃烧边界条件对燃烧过程的影响,在试验台上针对增压中冷柴油机在恒转速增转矩瞬态工况下的烟度排放特性进行了试验,并用商业计算软件STAR-CD对此瞬态工况下柴油机的燃烧过程进行了数值模拟分析。针对增压柴油机低转速大负荷排烟较差的特点,试验中发动机转速定为1000r／min,以3种不同的转矩变化率来考察柴油机瞬态工况下的排烟特性。结果表明,柴油机瞬态工况下和稳态工况下的燃烧边界条件有很大的差别,这种差别导致了柴油机瞬态工况下的烟度排放值要明显高于其相应的稳态工况。计算结果表明,随着转矩变化率的升高,最大初始放热率升高及燃烧持续期延长,这些差异同样导致排气烟度值增加。     

柴油机活塞热负荷研究

实测了标定功率工况下活塞表面特征测点的温度值,利用有限元分析软件,并结合活塞传热稳态边界条件,计算了该活塞的稳态温度场。结果表明：标定功率工况下,该柴油机活塞头部表面最高工作温度达354℃,一环槽和一环岸的温度在260～30℃之间,不利于活塞环正常工作。     

基于试验的机油温度对柴油机阻力矩影响规律的预测方法

提出了一种根据在柴油机停机过程中的瞬时转速信号计算柴油机阻力矩的方法,并针对一台多缸柴油机,测量和分析了不同转速下柴油机阻力矩随机油温度的变化规律,采用多项式拟合方法得到阻力矩与机油温度的关系式。试验和计算结果表明：在相同转速下,阻力矩随着机油温度的降低而上升,并呈现二次多项式变化规律;转速越高,阻力矩随着机油温度的降低而上升越多;并通过数据拟合的公式预测了一定机油温度和转速范围内的旋转阻力矩。     

增压中冷柴油机活塞温度场试验研究

为了解4100QBZL型废气涡轮增压中冷柴油机热负荷问题,实测了最大扭矩工况点和标定功率工况点下活塞顶面21个特征点,燃烧室5个特征点,火力岸、环岸和群部10个特征点的温度,并应用Matlab软件对活塞顶部测点的温度值计算模拟得到了活塞顶部的温度场分布和等温线图。结果表明,增压中冷柴油机活塞顶部不同位置的温度分布差异较大,排气侧和燃烧室喉口处温度较高,离燃烧室中心越远其温度越低。     

增程器发动机的喷油策略优化

为了研究轨道压力、主喷正时、预喷正时及预喷油量这4个主要喷油参数对增程式电动汽车增程器(APU)发动机有效燃油消耗率和NOx排放特性的影响,根据APU发动机不同工况下的运行特点,结合整车功率需求及所匹配发电机的最佳工作区域,采用多工况点模式的基础控制策略,选取3个稳态工况点为APU发动机的运行工况。之后基于空间填充+V最优设计方法采用混合试验方案,利用二阶多项式回归模型+径向基函数(RBF)神经网络模型建立发动机性能和排放拟合模型。给出APU发动机的性能优化约束条件和优化目标,利用法线-边界交集优化算法(NBI)进行油耗最低和NOx排放最低的双目标优化,确定了3个稳态工况点的最佳喷油策略。结果表明各工况点在优化后的有效燃油消耗率平均降低了4.03%,NOx排放平均降低了30.51%。     

航空用风冷活塞式发动机热状态研究

建立了冷却系统传热模型和边界条件计算模型。以缸内燃气压力和温度试验数据为基础,利用经验公式计算了气缸体内壁与燃气、外部与冷却空气间的传热边界条件。以气缸体温度场计算为切入点对发动机热状态进行研究,计算并分析了不同飞行高度下气缸体的温度分布;研究了螺旋桨转速对气缸体温度的影响;同时还计算了最大功率工况下保持热状态稳定需要的螺旋桨转速;试验测取了不同高度时的气缸体特征点温度。计算和试验结果表明:在最大功率工况下,螺旋桨转速不变时,随着飞行高度的增加发动机热状态逐渐升高;同一飞行高度下,螺旋桨转速越高,发动机热状态越低;调节螺旋桨转速能够使气缸体温度稳定在某一范围内;试验与仿真结果的误差小于5%,满足工程需要。     

基于发动机稳态工况预测轻型车排放研究

主要研究了在不具备整车测试的条件下,怎样通过台架发动机稳态工况的排放值来预测轻型车整车排放.重点通过分解整车NEDC循环,计算与整车行驶工况相对应的发动机稳态运行工况点,然后按照频次统计法进行权重系数分配,进而筛选出14个稳态工况来代替整车市区15工况加市郊13工况的测试循环.通过对14个稳态工况NOx排放物的测试与计算,并与实车NEDC循环排放测试结果进行对比,对比结果表明,该模型基本满足预测轻型车排放的要求.     

柴油机缩口四角ω燃烧室活塞温度场试验研究

针对改进的ZH1105W型柴油机缩口四角ω燃烧系统的热负荷问题,利用热电偶法实测了活塞顶面、侧面和内腔共16个特征点的温度值,并用Ansys软件计算模拟了活塞在标定工况下的温度场。结果表明,活塞顶面工作温度随柴油机转速的升高而升高,在标定工况下活塞顶面工作温度最高达311℃,活塞顶部因位置的不同,温度分布差异较大,排气侧和燃烧室喉口处温度较高,距燃烧室中心越远其温度越低。     

增压前后柴油机燃烧噪声的对比分析

通过测量稳态和恒转速增扭矩瞬态工况增压前后影响燃烧噪声的参数,对比分析得出增压前后柴油机燃烧噪声的变化规律.结果表明:增压后燃烧噪声降低,增压对稳态工况燃烧噪声的降低比对恒转速增扭矩瞬态工况明显,增压在中速中负荷工况下,对燃烧噪声的控制效果较好.并从压力高频振荡、气体动力载荷和燃烧室壁面温度对试验结果进行了分析,证明了增压前后燃烧室壁面温度的差异影响增压前后柴油机燃烧噪声.     

4100QBZ型增压柴油机活塞温度场试验研究及有限元分析

针对4100QBZ型涡轮增压柴油机热负荷高的问题,采用硬度塞测温法实测了4个外特性点工况下活塞头部与侧面共19个特征点的温度,并结合有限元分析方法分析了增压柴油机标定功率工况下活塞三维温度场、热应力场及变形。研究结果表明,4100QBZ型涡轮增压柴油机活塞顶面工作温度随转速的升高而升高,在标定功率工况下活塞表面工作温度最高达368℃;在热负荷作用下,最大Von Mises应力为69.3 MPa,出现在活塞销座与销接触面上方尖角处,最大变形为0.474 mm,出现在活塞头部排气口一侧。     

供油提前角对柴油/乙醇发动机经济性和排放特性的影响

在YTR3105试验机上,在最大扭矩转速1 500 r/min(扭矩192 N.m)和标定转速2 400 r/min(扭矩164N.m)两个工况下进行了不同供油提前角和不同配比柴油/乙醇混合燃料发动机的经济性与排放特性试验。结果表明:柴油/乙醇发动机的有效燃油消耗率较柴油机的有所升高,但能量消耗率有所下降;随着供油提前角增大,碳烟排放明显降低,但NOx排放明显升高,CO和THC排放均降低;随着乙醇含量的加大,在转速1 500 r/min时,CO排放增大,在转速2 400 r/min时,CO排放降低,而THC排放在两个工况下均有所增大。     

海拔高度对柴油机活塞温度及热负荷的影响

利用研制的存储式活塞稳态温度测量装置对变海拔高度下的活塞多个测点稳态温度进行了测量,以试验测量结果作为标定依据,计算不同海拔高度下的活塞温度场和热机耦合应力,研究活塞热负荷随海拔高度的变化规律.结果表明:在工况一定时,活塞测点温度随海拔高度增加而升高,在海拔高度为3.0 km处,关键测点的最高温度达292℃,比在平原海拔高度高了30℃以上;活塞第一环槽温度也由平原的225℃升高到高海拔处的261℃,已经出现润滑油结焦的情况.活塞应力值和变形受海拔高度影响较大,在高海拔时活塞热应力和热变形明显增大.研究结果可为高原工作的活塞设计、改进和热负荷的控制提供参考.     

运行工况对基础燃料均质压燃燃烧过程影响的试验研究

在一台经改装的单缸直喷式柴油机上进行了不同辛烷值基础燃料下发动机转速对均质压燃（HCCI）燃烧特性、工况范围和排放特性影响的试验研究。研究结果表明：发动机转速升高,不同辛烷值燃料着火燃烧时刻推迟,以曲轴转角计算的燃烧持续期延长,高辛烷值燃料的缸内最大爆发压力和缸内温度降低;在中间转速,HCCI实现的最高平均指示压力最大,高转速工况,最高平均指示压力降低;对于低辛烷值燃料,转速对燃烧效率影响不大,转速升高,指示热效率增大;对于高辛烷值燃料,转速升高燃烧效率降低,指示热效率在中间转速最高,高转速降低。排放测试表明,转速升高使得HCCI运转的HC和CO排放都升高,NOx排放则逐渐降低。     

柴油机活塞温度场试验研究及有限元热分析

对改进的ZH1105W型柴油机缩口四角ω燃烧系统,利用热电偶法实测了标定工况下活塞顶面、侧面和内腔共16个特征点的温度。用Pro/E建立活塞几何模型,选取热结构耦合单元,并对模型网格进行了优化,结合试验值对活塞进行热分析计算,得到活塞三维温度场、热应力场和变形。计算结果表明,在标定工况下,活塞最高温度出现在燃烧室喉部达到310.7℃,最大von Mises热应力出现在排气一侧的回油孔顶部,为68.4 MPa,最大热变形量出现在活塞顶面边缘排气口侧,达到0.328 mm,这为活塞的结构改进和优化提供了依据。     

GTL/柴油混合燃料对直喷式柴油机排放特性的影响

应用自行开发的柴油机瞬态工况测控系统和微粒采集系统,试验研究了GTL/柴油混合燃料对小型直喷式柴油机稳态及恒转速增转矩瞬态工况下排放特性的影响规律.研究结果表明:与普通柴油相比,添加GTL燃料有利于降低柴油机排放,对消光烟度及微粒排放降低效果更明显.在稳态工况下,随GTL添加比例的增加,有害排放物均有所降低,当GTL添加比例超过20 %后改善效果不明显.在恒转速增转矩瞬态工况下,当GTL添加比例小于20 %时,NOx排放降低,PM排放变化不明显,当GTL添加比例增加到60 %时,PM、DS排放显著降低,但NOx却有所升高.     

过渡工况下柴油机活塞三维温度场的求解

本文利用有限元法计算了柴油机过渡工况下活塞的三维温度场,讨论了有限元法求解非稳态温度场中的一些问题。结合实测活塞温度历程提出了过渡工况下活塞温度及其边界参数的变化模式。文中还利用了有限元前后处理技术,使有限元计算中的单元剖分、编码、数据输入、结果分析、图形输出等方面实现了自动化。为深入进行柴油机零件的计算机辅助分析提供了方便。     

二次喷射对增压直喷汽油机颗粒物排放的影响

基于某款增压直喷汽油机分别采用燃油单次喷射策略和二次喷射策略,利用DMS500颗粒分析仪对颗粒物数量浓度和粒径分布进行测试,研究不同工况下采用单次喷射和二次喷射策略后的发动机经济性和颗粒物排放的变化,选取二次喷射策略的适用工况.研究表明:当二次喷射策略运用于增压直喷发动机,二次喷射比例和二次喷射相位的合理优化能有效降低燃油消耗率和颗粒物排放;比较单次喷射和二次喷射策略,两种喷射策略颗粒物粒径分布均呈核态与积聚态的双峰分布,而在转速小于3 000 r/min、转矩大于105 N·m的工况条件下,运用二次喷射策略后燃油消耗率和颗粒物数量浓度相对于单次喷射均有明显降低,其中核态颗粒物占比增大,颗粒物平均几何粒径减小;其他工况下采用单次喷射策略的发动机经济性和排放性能更佳.     

某柴油机排气能量热力学计算分析

根据热力学第一定律和热力学第二定律对某柴油机排气能量进行计算分析。随着转速和负荷的增加,排气能量不断增大,在标定工况排气能量功率达到最大值为176.40 k W,而最大扭矩工况时排气能量功率约为144.80 k W,同时发动机转速和负荷的增加,排气可用能也不断增加,在标定工况点,可用能功率达到最大值约74.19 k W,而最大扭矩工况点的排气可用能功率约61.46 k W。在全工况范围内,理论上利用排气能量可用能最大可以提高发动机热效率6.8%~11.5%。     

柴油机NO_x排放对进气湿度的敏感性问题研究

为了研究稳定工况下柴油机的NO_x排放量与进气状态的关系,利用Minitab软件对欧洲稳态测试循环(European steady state cycle,ESC)中A、B、C转速的3个外特性点在不同湿度下NO_x的排放结果进行回归分析和线性拟合,定量分析柴油机NO_x排放对进气湿度的敏感性,探究在试验中通过合理地控制进气湿度以获得具有代表性的NO_x排放结果。NO_x最终排放结果虽然经过温湿度校正因子K_(H.D)的修正,但试验结果表明校正因子的修正作用有限。结果表明,NO_x排放和进气湿度两者之间呈现显著的负相关线性特性。     

汽轮机轴封-转子系统动力学特性的数值分析

建立了汽轮机轴封-转子系统中蒸汽流动作用在转子上的8个蒸汽气动力等效动特性系数计算方程.基于振荡流体力学原理,计入了水蒸汽热物性变化的影响.针对某百万等级超超临界机组高压平衡活塞轴封,分别计算了设计工况下蒸汽在轴封中流动时轴封内温度、压力和剪切应力分布,得到了蒸汽气动力作用在转子上的8个等效动特性系数,计算结果与国外计算程序结果较为吻合.计算分析表明:高压平衡活塞轴封处蒸汽气动力对转子临界转速的影响比较明显,水平和垂直复模态临界转速涨幅分别达10%和4.4%.