用于研究柴油机缸内燃烧火焰对壁面热边界层影响的光纤传感器及测量系统

为了研究缸内燃烧火焰对热边界层的影响,研制开发了贯穿式光纤传感器及测量系统,在此基础上初步研究了柴油机气缸内燃烧火焰对缸内壁面的热边界层的影响,结果表明,该传感器可以较好地用于测量缸内壁面热边界层中任一位置的火焰温度。     

柴油机缸内壁面边界层的数值模拟

利用二维边界层微分方程数值模拟了缸内壁面速度和热边界层,获得了不同工况下的速度和热边界层厚度,将二维边界层微分方程的数值计算结果和在TY1100柴油机上的测量结果进行了对比分析,结果表明,二者的变化趋势是一致的,建立的数值模拟模型可以较好地预测缸内壁面速度和热边界层的变化规律．     

预燃室火焰射流对双燃料着火燃烧过程的模拟研究

基于计算流体力学(CFD)程序耦合动力学机理,研究了一台大型低速二冲程船用柴油机改装的柴油-天然气双燃料发动机预燃室系统的布置方案对射流火焰发展过程的影响,以及由此对缸内流动、燃烧和有害污染物氮氧化物(NO_x)生成历程的影响。结果表明:预燃室方案造成射流火焰对撞会对碰撞区域及周围流场产生较大扰动,同时在碰撞区域形成富燃区,抑制该区域内NO_x的生成;射流火焰不碰撞则会增大其贯穿距离,实现更大空间范围的多点着火,放热更集中,同时会因较高的温度使NO_x排放上升;此外射流火焰与缸盖、活塞和缸套等壁面接触会显著降低其流动速度和燃烧温度,造成燃烧效率下降,缸内湍动能减小,在实际应用中应尽可能避免。     

ZS195柴油机缸内燃烧温度场测量及分析

柴油机缸内燃烧温度场分布对柴油机的性能有着重要的影响,因此柴油机缸内燃烧温度场的测量对于分析优化柴油机性能有着重要的作用。本文简单介绍了三基色光学测温原理,通过高速图像摄影仪获得ZS195柴油机缸内燃烧火焰图片,对火焰图片进行处理分析,得到了ZS195柴油机缸内燃烧温度场的分布,为柴油机燃烧过程分析提供了有价值的信息。     

ZS195柴油机缸内燃烧温度场测量及分析

柴油机缸内燃烧温度场分布对柴油机的性能有着重要的影响,因此柴油机缸内燃烧温度场的测量对于分析优化柴油机性能有着重要的作用。本文简单介绍了三基色光学测温原理,通过高速图像摄影仪获得ZS195柴油机缸内燃烧火焰图片,对火焰图片进行处理分析,得到了ZS195柴油机缸内燃烧温度场的分布,为柴油机燃烧过程分析提供了有价值的信息。     

缸内涡流比对冷起动燃烧火焰的影响探究

针对汽油发动机冷起动存在的燃烧不稳定、燃烧效率低的问题,基于单缸可视化发动机在冷起动工况下调节进气涡流,通过分析缸内燃烧火焰特性来探究增强进气涡流对发动机循环波动及输出功率的影响。试验所用发动机为单缸四气门(两进两出)缸内直喷汽油机,其中一个进气道加装有涡流控制阀,通过将一个进气道关闭或者开启来改变缸内涡流的强度。利用高速相机从活塞上的光学通道得到发动机缸内的火焰传播图像,并计算火焰传播面积,提取火焰边界,获取火焰中心速度及火焰扩散速度等信息,同时也利用燃烧分析仪对缸内压力、燃烧放热率等特性进行同步测量和记录,通过多角度的对比和分析揭示缸内燃烧状况与发动机宏观性能的相关联系,有效地发掘了在不同涡流强度下缸内火焰的传播特征。研究结果从缸内燃烧火焰的角度解释了提高涡流比能够很好地提高冷起动的燃烧稳定性,促进发动机缸内燃烧。研究表明,早期火核分布越集中,波动越小,后期循环波动就越小。试验结果还表明,由缸压计算的瞬时放热率与火焰面积存在很好的线性关系。     

柴油机缸内近气缸盖壁面边界层预测模型的研究

分析了缸内壁面速度边界层和热边界层的形成过程,建立了缸内近气缸盖壁面面湍流速度壁面函数和温度壁面函数,研究了边界层内的速度分布、温度分布及速度边界层厚度和热边界层厚度,并将预测结果与拖动发动机的实测值进行了比较,发现两的趋势是一致的。研究结果表明,缸内近气缸盖壁面有边界层形成,同一位置的速度边界层与热边界层的厚度很接近,不同位置的边界层厚度不同,大约在2mm-4mm左右。     

湍流燃烧模型对直喷式柴油机火焰结构和排放物预测的影响研究

研究了不同湍流燃烧模型（EBU、CTC和PaSR模型）对直喷式柴油机燃烧过程中火焰结构和排放物生成的影响。分析了缸内平均量（放热率、缸内平均温度、NO和soot）变化情况和OH、NO及soot分布,并与试验结果进行了对比分析。研究结果表明：不同燃烧模型虽然能得到相近的缸内平均量结果,但预测得到的缸内OH、NO、soot分布和温度分布情况存在一定差异;其中以EBU模型的预测结果与试验偏离最大;PaSR模型能较准确预测缸内变量微观分布情况和火焰脱离喷孔的距离,其预测得到的火焰结构与Dec1997年提出的概念模型一致。     

船用低速柴油机喷孔方向对缸内燃烧影响的仿真研究

在某船用低速柴油机燃烧系统开发中,为设置合理的喷孔方向,应用流体动力学软件STAR-CD对不同喷孔方向的缸内燃烧情况进行仿真分析。分析结果表明:喷孔方向对柴油机缸内燃烧的影响较大;喷孔方向顺着缸内涡流方向时可促进喷射燃油的传播及混合,改善缸内燃烧;但喷孔方向顺着涡流朝向缸套壁面喷射时,油气混合主要发生在燃烧室缸套壁面附近,增大了缸套壁面的传热,且不利于燃烧室中心区域空气的利用;本文研究中,原喷油器的喷孔绕喷油器轴线朝缸内涡流方向旋转30°或35°时,缸内燃烧情况明显改善。     

船用低速双燃料发动机预燃室引燃火焰的模拟研究北大核心CSCD

以RT-flex50DF船用低速二冲程双燃料发动机为研究对象,通过对模型的仿真计算分析了引燃火焰的流速及火焰面积在燃烧过程中的影响,总结了该低压喷射双燃料发动机引燃火焰的特点及燃烧过程。通过对比预燃室通道直径的方案发现,增大通道直径可以增加缸内的着火面积,加速燃料燃烧;减小通道直径可以达到增强缸内涡流的效果,提高火焰传播速度,但通道直径过大或过小都会对缸内燃烧产生不利影响。预燃室出口结构的方案通过保持出口截面积不变而增大火焰射流的表面积来加快缸内燃烧,避免孔径对缸内的湍流等参数产生影响,结果表明在该方案中合适的小孔尺寸可以提高缸内放热率的峰值,并缩短燃烧持续时间。     

生物柴油缸内燃烧火焰温度对NOx生成的影响

采用内窥镜高速摄影的方法,拍摄了柴油机燃用不同比例生物柴油-柴油调合燃料燃烧火焰的图像.基于亮度测温法的原理,计算了火焰的温度场分布.根据NOx生成的特点,提出了针对NOx生成的火焰温度评价指标:NOx生成区域的瞬态火焰面积、火焰面积变化速率、火焰面积平均变化速率、温度区域持续期、火焰面积出现效率,分析了评价指标随发动机转速、生物柴油调合比例的变化规律.研究结果表明:随着生物柴油添加比例和转速的增大,燃用B50和B100的NOx生成区域的火焰面积出现时刻和消失时刻提前,提前程度在高转速时较大,区域的峰值不断增大,对应的位置逐渐提前,火焰面积变化速率和火焰面积平均变化速率的峰值均不断增大,出现效率不断增大,持续时间逐渐缩短,这说明随着生物柴油调合比例的增大,缸内出现了有利于NOx生成的环境.     

柴油机低温火焰预混合燃烧的试验研究

柴油机实现低温火焰预混合燃烧,可降低最高燃烧压力,抑制火焰传播速度,有效地减少NOx的排放.本文通过在1135型柴油机中采用适当减少压缩比、提高喷油速率、相应推迟喷油定时、用少量燃油预喷射及乳化柴油等技术,进行了降低气缸平均燃烧温度的比较试验,获得了NOx和碳烟排放明显降低和燃油耗率得到改善的效果.     

用双色法研究汽油机燃烧火焰的温度分布

探讨了用双色法测量汽油机温度场的可行性.通过添加氧化铝粒子替代柴油机燃烧产生的碳烟颗粒,利用高速彩色CCD拍摄得到图像,采用双色法计算缸内温度分布.为验证其可行性,在稳态火焰燃烧器上同时采用双色法和热电偶对甲烷空气火焰进行温度测试对比,并讨论不同双色组合对测试精度的影响.结果表明用氧化铝粒子和RB模式的双色法可以获得较好的精度.在一台汽油进气道喷射可视化发动机上,通过向进气道喷射混合均匀的纳米氧化铝粒子,对缸内燃烧过程进行分析,获得了汽油机温度场信息.     

燃烧边界条件对乙醇均质压燃燃烧的影响

在一台由CA6110柴油机改造而成的单缸发动机上进行了燃烧边界条件对乙醇燃料均质压燃（HCCI）燃烧过程影响的试验研究。结果表明，在转速和进气温度一定时，随着过量空气系数的增加，着火始点推迟，燃烧持续期变长，缸内的最大燃烧压力降低，放热率降低，φ50（50％乙醇燃烧放热量所在的曲轴转角）位置推迟，燃烧效率降低；在发动机转速、进气温度和过量空气系数一定时，随着EGR率的升高，着火始点推迟，燃烧持续期延长，φ50位置推迟，放热速率降低，压力升高率变小，缸内最大燃烧压力减小，燃烧效率降低。在转速和供油量一定时，随着进气温度的升高，着火始点提前，燃烧持续期变短，压力升高率变大，缸内的最大燃烧压力变大。得到了发动机转速、过量空气系数和对应于最大指示热效率点的进气温度间的MAP图。     

排气阀热边界条件分析及温度场有限元计算

排气阀在高温环境下工作,对内燃机的应用可靠性及使用寿命有着重要的影响。针对轻12V180型柴油机,分析排气阀的工作环境,计算了柴油机排气阀等效的热边界载荷,结合有限元分析软件ANSYS,建立热模型进行排气阀温度场分析,为排气阀工作负荷状况的改善与优化设计提供了理论依据。     

柴油温度对燃烧火焰温度和碳烟生成的影响

通过定容燃烧弹,采用双色法研究不同柴油温度对冷起动过程中燃烧火焰温度和碳烟生成特性的影响,获取缸内燃烧火焰温度分布和表征碳烟分布的KL因子.结果表明:在喷油后3.5 ～ 6.0 ms的燃烧稳定时期,柴油温度为40℃的火焰中大于2 200 K的区域约占60％,柴油温度为20℃的火焰中大于2 200 K的区域约占55％,柴...     

柴油机双燃料复合燃烧的最佳运行范围研究

通过在进气过程中加入容易汽化的燃料与空气形成一定浓度的预混合气进入燃烧室，利用压燃喷入的柴油形成着火源向整个燃烧室传播，以完成燃烧过程的部分预混双燃料燃烧模式可能是减少柴油机碳烟排放的有效措施。而在该燃烧方案中过低的预混浓度可因火焰无法传播到整个燃烧室而增加HC排放，在保持柴油机压缩比的条件下，过高的预混合气浓度可能使燃烧最高温度上升而对NOx排放不利，甚至在柴油喷入前压燃预混合气而发生爆震。燃烧模式的改变对CO排放水平的影响也可能不利；因此，确定双燃料的最佳运行范围是建立双燃料过程控制的基础，介绍了以液化气和柴油形成双燃料系统时的最佳运行范围的初步研究结果。     

双色法在内燃机燃烧诊断中的应用

系统介绍了双色法的测量原理,阐述国内外双色法在内燃机燃烧火焰分析方面的具体应用。经过多年研究,双色法已成功应用于柴油机燃烧诊断,利用燃烧火焰中实际存在的碳粒,可测量柴油机火焰的温度分布和碳烟浓度分布。汽油机属于无焰燃烧,燃烧过程只产生少量的碳烟,直接应用双色法具有较大难度,国内外可见文献较少,本文介绍了关于双色法汽油机测温的实例。