混合室结构对气泡雾化喷嘴喷雾特性的影响

利用激光颗粒动态分析仪对一种内旋流式气泡雾化喷嘴进行了实验测试与分析,探讨了混合室结构对喷嘴流量特性、颗粒平均直径分布特性、液雾平均速度分布特性的影响规律。气泡雾化喷嘴的流量特性主要受工作压力和喷口孔径影响,混合式结构对流量特性没有影响;但混合式结构对液雾颗粒平均直径分布和平均速度分布的影响十分显著,适当提高混合室长径比有助于减小液滴颗粒质量平均直径D10和索泰尔平均直径D32,同时可使液雾颗粒平均直径和平均速度的径向分布更加均匀;相对于渐缩型混合室,突缩型混合室可在一定程度上改善雾化效果,颗粒平均直径D10和D32径向分布均匀性更好,但喷雾主流平均速度略有降低。在喷嘴出口下游40~100mm时,液雾主流区域内的轴向平均速度未发生明显的速度衰减。     

基于稳态流场的天然气喷嘴布置研究

为了满足越来越严格的排放要求,船用柴油机改造为由柴油引燃的柴油-天然气双燃料发动机已成为趋势。针对4190Z_LC船用中速柴油机,确定了天然气喷嘴在进气歧管上的安装位置,在实验验证正确的进气道模型的基础上,补充完善进气管和天然气喷嘴的几何模型;利用AVL_FIRE仿真软件平台,对采用不同天然气喷嘴布置方案时的稳态流场进行模拟计算,通过对比分析进气道和气缸内天然气与空气的混合情况,得到较优喷嘴设计方案。研究结果显示:为了得到更均匀的缸内天然气与空气的混合气,在同等总喷孔面积的基础上,应尽量增多喷孔数目,天然气应顺向喷射,天然气的喷嘴应在进气道中偏低安装。我们的研究为该机的双燃料机型改造提供理论基础。     

微混喷嘴结构对氢混燃料/空气掺混均匀性的影响分析

采用数值仿真方法开展了燃气轮机燃烧室微混喷嘴中富氢燃料/空气掺混均匀性问题研究。首先分 析了三种不同微混喷嘴结构的燃料浓度分布和掺混均匀性指数变化规律，发现采用燃料轴向进气、空气径向 进气的燃料/空气掺混方式，能够在合理的总压损失范围内，获得更好的掺混均匀性。然后分析了三种喷嘴 的流场特性，不同径向位置处的轴向速度分布表明，燃料和空气的射流速度会对喷嘴内燃料/空气掺混水平 造成影响，燃料径向喷人和从喷嘴中心区域轴向喷人在轴向高速射流作用下被吹向下游，不能均匀的沿径向 扩散并分布到喷嘴流道内部，使燃料/空气掺混均匀性提高受限。最后分析了富氢燃料中氢含量变化对掺混 均匀性的影响，研究结果表明，氢含量变化会带来燃料射流速度的改变，当燃料射流速度超出合理范围后，会 导致掺混均匀性下降。研究结果为微混喷嘴燃料/空气喷注策略设计提供参考。     

天然气柔和燃烧锅炉结构参数影响模拟研究

在天然气锅炉中引入柔和燃烧技术将大大降低NOx排放,高速未燃气卷吸高温烟气回流并与之快速掺混再燃烧是柔和燃烧的重要特征,因此,开展天然气锅炉关键结构参数优化设计以组织流场形成柔和燃烧所需的高温低氧反应气氛非常必要。基于天然气锅炉的工况特征,设计了热负荷15kW的模型燃烧室,采用数值模拟手段详细研究了燃烧室高度、喷嘴孔径、喷嘴相对位置及烟气出口尺寸对燃烧室流场、组分场及关键参数——烟气回流比的影响规律,并最终确定了燃烧室结构优选方案,对天然气锅炉柔和燃烧机设计提供理论基础数据。     

蒸汽稀释均匀性对天然气扩散火焰污染物排放特性的影响

采用数值模拟与实验相结合的方法进行蒸汽稀释均匀性对天然气扩散火焰污染物排放特性影响的研究。建立化学反应网络模型,通过零维模拟研究天然气/蒸汽掺混不均匀度对CO、NO_x生成的影响规律。利用某天然气扩散燃烧器,实验研究蒸汽稀释比和稀释均匀性对天然气扩散火焰结构和污染物生成的影响。结果表明,蒸汽稀释均匀性对火焰结构影响较小,但增强稀释均匀性后反应区OH峰值信号强度减弱,NO_x、CO均呈下降趋势。     

氢气微混燃烧器燃空掺混特性数值研究

实现氢气和空气在氢燃气轮机燃烧室喷嘴管外均匀掺混可以在避免回火的同时实现低NO_x燃烧。为了在喷嘴出口到燃烧之前尽量实现均匀的掺混,通过数值模拟方法计算分析了微混喷嘴出口的流动特性以及燃空来流相互作用对氢气和空气混合的影响,研究了燃空动量比、燃料微孔间隙比、射流高度及混合长度对微混喷嘴冷态燃空掺混的影响。结果表明：掺混效果直接受标准射流深度、邻射流扰动及扩散段旋涡结构的影响。燃空动量比R_m为1.19～1.77时,所达到的标准射流深度可以实现较均匀掺混;间隙比为0.54时,邻射流相互作用会增大射流中心的氢气浓度下降梯度;增加射流高度和混合长度均能降低混合不均匀度;近壁旋涡对的完整发展有利于改善掺混。     

车用天然气燃气喷射器性能的试验研究

采用天然气燃气喷射器试验装置,以空气代替天然气,对燃气喷射器喷头的不同孔径、孔数,喷头座天然气量孔和流道的不同孔径,以及天然气供气管路的不同管径和管长,做了气体流量随供气压力而变的试验研究.试验结果表明,天然气喷头的孔径和孔数对燃气的流量影响不大,其孔径与气孔分布,应主要从天然气与助燃空气的充分混合来考虑;而喷头座,除...     

干煤粉弥散特性的实验研究与数值模拟

通过改变操作参数、粉体物性和喷嘴结构参数对干煤粉进行弥散特性实验研究,并结合弥散相模型(DPM)对喷嘴出口弥散过程进行数值模拟,获得了干煤粉浓度、气体流量及喷嘴结构等参数对粉体弥散特性的影响规律。结果表明:中心气流速度从175m/s增大到275m/s有助于气固两相流充分混合,改善弥散参数,促进颗粒分布均匀,明显改善弥散质量。当外环气固两相流速度由6m/s增加到10m/s时,对下游弥散质量的改善不明显;固体质量流量由30kg/h增大到70kg/h会导致下游弥散质量逐渐恶化,出现颗粒均匀性下降、重力沉降加强等现象。当内部旋流角度由30°增加到60°对下游颗粒弥散特性的影响较小,但是颗粒分布比内部无旋流弥散场的均匀性有明显改善。     

基于CFD的天然气管道混气扩散规律研究

随着我国多气源天然气市场发展和整体供气管网的形成,多气源直接接入管网混输已成为必然,不同气质气源直接管道混气的技术问题亟待研究和解决。基于CFD模拟,对不同气源混合输运的气质扩散规律进行研究,为混输管网合理设计和准确设定气质监控点提供依据,以保证燃气管网系统的安全可靠运行。重点对典型混气管路(Y型管)的天然气气质扩散规律进行数值模拟,获得掺混流体剪切层质量传递特征和天然气气质扩散规律。根据混气湍流形态和浓度场分布特征,获得Y型管的三类混气类型。通过对气质扩散浓度的不均匀性理论分析和模拟结果的综合数据分析,建立了预测混气管道达到气质均匀的混合长度无因次准则方程,为工程设计提供理论方法和计算基础。     

缸内直喷液化天然气发动机喷嘴布置方案研究

应用商用STAR-CD软件,建立了喷嘴-气缸的三维模型,模拟不同喷嘴布置方案下缸内燃气分布情况,结果显示:采用喷嘴竖直布置方案,会造成燃气分布不均,发动机性能恶化;采用喷嘴倾斜布置方案,可以使缸内燃气分布均匀,实现稀薄分层燃烧。     

Numerical study on mixture formation characteristics in a direct-injection hydrogen engine

Numerical modeling of direct hydrogen injection and in-cylinder mixture formation is performed in this paper. Numerical studies on direct-injection hydrogen engines are very limited due mainly to the complexity in modeling the physical phenomena associated with the high-velocity gas jet. The high injection pressure will result in a choked flow and develop an underexpanded jet at the nozzle exit, which consists of oblique and normal shock waves. A robust numerical model and a very fine computational mesh are required to model these phenomena. However, a very fine mesh may not be feasible in the practical engine application. Therefore, in this study a gas jet injection model is implemented into a multidimensional engine simulation code to simulate the hydrogen injection process, starting from the downstream of the nozzle. The fuel jet is modeled on a coarse mesh using an adaptive mesh refinement algorithm in order to accurately capture the gas jet structure. The model is validated using experimental and theoretical results on the penetrations of single and multiple jets. The model is able to successfully predict the gas jet penetration and structure using a coarse mesh with reasonable computer time. The model is further applied to simulate a direct-injection hydrogen engine to study the effects of injection parameters on the in-cylinder mixture characteristics. The effects of the start of fuel injection, orientation of the jets, and the injector location on the mixture quality are determined. Results show that the hydrogen jets impinge on the walls soon after injection due to the high velocity of the gas jet. The mixing of hydrogen and air takes place mainly after wall impingement. The optimal injection parameters are selected based on the homogeneity of the in-cylinder mixture. It is found that early injection can result in more homogeneous mixture at the time of ignition. Results also indicate that it is more favorable to position the injector near the intake valve to take advantage of the interaction of hydrogen jets and the intake flow to create a more homogeneous mixture.     

燃油撞击对柴油机混合气形成及其燃烧过程影响的研究

介绍了具有油束撞击效应的轴针式喷油器在不同柴油机燃烧系统中的应用。试验结果表明,当这种喷油器运用于涡流室式柴油机时,可以起到降低发动机燃油消耗与排气烟度的作用;运用到直喷式燃烧系统时,发动机的运转正常,起动方便,但目前还存在燃油消耗率和排气烟度高的不足。此外,还详细介绍了这种轴针式喷油嘴产生的不同形式的碰撞效果对直喷式发动机性能影响的研究结果。     

气体发动机燃料特性参数计算软件开发及应用

不同气体燃料物理、化学性质不同,直接关系到气体发动机的结构设计及各项性能指标;对各种气体燃料特性进行分析及评价是气体发动机设计首先要解决的问题。开发了气体燃料特性参数计算软件,对各种气体燃料的物理、化学特性进行了分析、计算,并就这些参数对气体机性能的影响进行了分析,供气体发动机设计做参考。     

8240ZC-DF型柴油-天然气双燃料发动机使用不同喷油器的试验研究

本文介绍了8240ZC-DF型柴油-天然气发动机使用孔数、孔径和总流通面积不同的两组喷油器对气缸内燃烧特性、主要性能参数和排放性能的影响。     

天然气发动机供气方式及其特点分析

对天然气发动机的供气系统进行研究。阐述供气系统可分缸外喷射和缸内直喷两种,缸外喷射又可细分为进气道混合器供气和缸外进气门处喷射供气;缸内直喷又可细分为气体燃料缸内直接低压喷射、电热塞助燃缸内高压直接喷射、油气共用泵喷嘴缸内高压直接喷射。介绍了各种供给系统的结构和工作原理,在充气效率以及动力性和排放方面对各种方式的优劣进行了比较分析,提出今后的研究方向。     

DN8340ZC型柴油机设计开发

介绍了自行研发的DN8340ZC型柴油机的主要结构特点和技术参数;重点阐述了主要零部件的设计要素。柴油机台架试验表明:DN8340ZC型柴油机其动力性、经济性、排放及可靠性等指标均满足设计要求。     

天然气发动机可变喷嘴涡轮增压器匹配研究

针对488天然气发动机匹配了可变喷嘴涡轮增压器(VNT),设计了电子控制系统,并通过发动机试验研究了VNT匹配规律。天然气发动机VNT调节规律不仅与节气门开度(负荷)有关,也与发动机的转速有关。匹配试验结果表明:采用VNT增压技术后天然气发动机的功率和转矩显著提高,最大功率从58 kW提高到73 kW,最大转矩从156 N.m提高到212 N.m,且最大转矩点转速降低,大幅度改善了天然气发动机的动力性与经济性。     

The effect of hydrogen injection parameters on the quality of hydrogen–air mixture formation for a PFI hydrogen internal combustion engine

To research the quality of the hydrogen–air mixture formation and the combustion characteristics of the hydrogen fueled engine under different hydrogen injection timings, nozzle hole positions and nozzle hole diameter, a three-dimensional simulation model for a PFI hydrogen internal combustion engine with the inlet, outlet, valves and cylinder was established using AVL Fire software. In the maximum torque condition, research focused on the variation law of the total hydrogen mass in the cylinder and inlet and the space distribution characteristics and variation law of velocity field, concentration field and turbulent kinetic energy under different hydrogen injection parameters (injection timings, nozzle hole positions and nozzle hole area) in order to reveal the influence of these parameters on hydrogen–air mixture formation process. Then the formation quality of hydrogen–air mixture was comprehensively evaluated according to the mixture uniformity coefficient, the remnant hydrogen percentage in the inlet and restraining abnormal combustion (such as preignition and backfire). The results showed that the three hydrogen injection parameters have important influence on the forming quality of hydrogen–air mixture and combustion state. The reasonable choice of the nozzle hole position of hydrogen, nozzle hole diameter and the hydrogen injection time can improve the uniformity of the hydrogen–air mixing in the cylinder of the hydrogen internal combustion engine, and the combustion heat release reaction is more reasonable. At the end of the compression stroke, the equivalence ratio uniform coefficient increased at first and then decreased with the beginning of the hydrogen injection. When hydrogen injection starting point was with 410–430°CA, equivalence ratio uniform coefficient was larger, and ignition delay period was shorter so that the combustion performance index was also good. And remnant hydrogen percentage in the inlet was less, high concentration of mixed gas in the vicinity of the inlet valve also gathered less, thus suppressing the preignition and backfire. With the increase of the distance between the nozzle and the inlet valve, the selection of the hydrogen injection period is narrowed, and the optimum hydrogen injection time was also ahead of time. The results also showed that it was favorable for the formation of uniform mixing gas when the nozzle hole diameter was 4 mm.