甲醇喷雾着火过程的化学动力学模拟

本文利用广安博之的喷雾分区模型与油滴蒸发速率模型相结合,给出燃烧室内燃油与空气的分布.依据实验数据,确定了含有18种组分、30步基元反应、适合于柴油机缸内条件的甲醇喷雾着火过程的化学动力学模型,能模拟燃烧室内甲醇喷雾自燃过程特征,用于对使用空气加热的纯甲醇压燃过程的滞燃期预测.结果表明,该模型能较成功地预测各种发动机工况下的着火滞燃期.     

改装直喷式柴油机中生物柴油喷雾燃烧过程试验研究

利用可视化装置,分析比较了直喷式柴油机燃用生物柴油与常规柴油的喷雾燃烧过程.研究结果表明:生物柴油的喷油时刻较早,着火时刻提前,着火滞燃期缩短,在早期预混燃烧阶段的燃烧速度大于柴油,而在扩散燃烧阶段的燃烧速度比柴油低.通过分析燃料性质、转速和喷油压力这3种因素对生物柴油燃料喷雾燃烧过程的影响,从而得出影响规律为:混合燃料喷油始点、着火时刻均有所提前,滞燃期变短,B5混合燃料的最高燃烧压力最高且出现稍早;生物柴油在高转速工况时的燃烧速度大,且最高燃烧压力也略高;随着喷油压力的提高,滞燃期缩短,燃烧持续期相应缩短,最高燃烧压力升高.     

柴油机自燃过程中的化学动力学

本文介绍了柴油机自燃过程和排污生成动力学,讨论了影响滞燃期和自燃特征的化学因素及其对燃烧的影响,分析均相碳氢化合物自燃规律与液体燃油喷雾情况下自燃规律的内在联系。作者认为滞燃期公式中的总活化能在高温段的降低,和在一定滞燃期及温度下的快速反应,与燃油自燃特性有着密切关系。最后,文章评价了喷油至予混合稀薄混合气中自燃对降低排污和噪声的影响。     

可控活化热氛围下柴油喷雾自燃特性的研究

利用可控活化热氛围燃烧试验系统,结合连续喷射系统对柴油燃料在高温热氛围下的自燃特性进行了研究,并利用高速摄影技术,得出柴油燃料喷雾在不同协流温度下的滞燃期、自燃点位置以及稳定火焰起升高度。结果表明,随协流温度的升高,柴油喷雾滞燃期减小,自燃点位置至喷嘴口距离减小。协流温度低于1022K时,不能形成稳定的起升火焰;协流温度处于1022～1074K范围内,火焰起升高度随温度升高急剧降低,而起升高度的均方差也较大。温度继续增加时,起升高度变化趋缓,火焰稳定。     

柴油机预混合燃烧滞燃期的试验

滞燃期是柴油机预混合燃烧当中一个极为重要的参数.在电控共轨柴油机上进行了EGR率、喷油始点、喷油压力、负荷、转速和进气温度等单一参数对预混合燃烧滞燃期的试验研究.结果表明,名义过量空气系数能够帮助解释各试验参数对柴油机预混合燃烧滞燃期的影响.混合气的温度、压力和混合气中O2浓度影响柴油机预混合燃烧的滞燃期.提高进气温度...     

燃油喷射参数对发动机燃用生物柴油BD20燃烧特性的影响

以满足国-Ⅴ排放的某增压中冷高压共轨柴油机为试验样机,系统分析了预喷、主喷、后喷对该机燃用生物柴油BD20滞燃期、燃烧持续期、缸内压力、瞬时放热率、累计放热率、压力升高率等燃烧特性的影响。结果表明:滞燃期受预喷射和主喷射影响较大,后喷对滞燃期基本没有影响,且滞燃期随预喷油量的增加而变短,随预喷间隔角的增大呈先缩短后增长的变化趋势;主喷定时对燃烧持续期的影响较大,主喷定时推后,燃烧持续期缩短;发动机采用预喷可以使燃烧变得相对柔和,且预喷油量对缸压的影响大于预喷定时;发动机采用后喷,主燃烧前期和中期的燃烧特性参数基本没有变化,燃烧后期缸内压力降低且压力升高率及放热率增加,后喷提高燃烧后期的缸内温度;采用较大的预喷间隔角和适当提前主喷正时可以显著改善燃用BD20时的动力性,而预喷油量及后喷射对动力改善不明显。     

预燃室式燃烧室燃烧过程分析

本文依据实测的预燃室式柴油机的主燃室与预燃烧室压力、油管压力、针阀升程、火焰温度及滞燃期等主要参数的数据和曲线,对预燃室式来油机的主、预燃烧室燃烧全过程进行综合分析,从而对完善预燃室式柴油机燃烧过程提出了有参考价值的建议。在实验研究过程中采用了燃烧火焰瞬时温度测量装置及微机测试系统,为数据采集、分析和运算提供了现代测试手段。     

论涡流对燃烧的影响 (第二篇 涡流对燃烧的影响)

<正> 一、前言前一篇文章着眼于发火前的喷雾状态,用高速摄影的手段研究到达距离及喷雾角。但是在论述涡流强度和整机性能的匹配条件时,喷雾状态不是唯一的条件,一般公认,与喷射时间相比,滞燃期相当短,因此决定匹配条件必须包含发火后的火焰移动,未被利用空气的混合以及与燃烧气体的干涉现象。本试验可以使涡流强度在较大范围內变化,应用了定容燃烧器模拟实机压缩终了时的压力和温度。对于不同孔数的喷咀测定其涡流强度变化时的滞燃期、最高压力、NO_x浓度等等燃烧特性,并进一步研究不同喷孔时涡流对燃烧特性的影响。另外还使燃烧状态可视化,结合前一篇文章所表     

二甲基醚（DME）燃烧特性研究

作者在定容燃烧弹上用火焰直接成像法研究二甲基醚 (DME)燃烧过程 ,研究了 DME的滞燃期和火焰传播特性以及不同环境温度和压力对燃烧过程的影响。研究结果表明 ,DME的滞燃期比柴油短 ,燃烧室内的温度和压力升高时 ,滞燃期缩短 ;DME的着火位置靠近喷嘴一侧 ,柴油与 DME的体积相同时 ,DME的燃烧持续期比柴油短 ;DME的燃烧火焰亮度比柴油小 ,表明 DME的燃烧温度比柴油低。燃烧后期 ,燃用 DME时 ,喷嘴有明显的泄漏现象。此外 ,作者在单缸直喷式柴油机上进行了燃用 DME的燃烧特性试验研究 ,研究结果表明 ,DME的预混合燃烧放热率比柴油低 ,缸内最大爆发压力和最大压力升高率比柴油低。由于喷油持续期延长 ,DME的燃烧持续期比柴油长 ,在上止点后 80° CA出现一个较大的放热峰值。     

EGR率对柴油机低温燃烧滞燃期影响的试验研究

根据缸内压力求得缸内平均温度和放热规律,分析了进排气系统的O2体积分数、燃烧始点、喷油始点和终点的温度、压力对低温燃烧早喷射和晚喷射两种情况下滞燃期的影响,早喷射和晚喷射一样随着废气再循环(EGR)率的增大而延长了滞燃期。早喷射的滞燃期要短于晚喷射的滞燃期,因此为了能够让空气与燃油有更多的时间混合,早喷射比晚喷射需要更大的EGR率。但随着大量EGR的加入,过量空气系数不能反映混合气中O2体积分数,滞燃期与混合气温度、压力和O2体积分数有关,在影响低温燃烧滞燃期的因素当中,温度对滞燃期的影响最为明显。     

不同湿壁条件下喷雾碰壁燃烧过程分析

利用定容燃烧弹试验装置,分别改变定容弹燃烧室内充气密度及喷油孔直径获得不同的湿壁条件,充气密度及喷孔直径范围分别为7.5～15.0kg/m~3及0.11～0.22mm,采用高速摄像机拍摄研究了不同湿壁条件对喷雾碰壁燃烧过程的影响。结果表明:喷雾燃烧滞燃期随充气密度的减小而增大,并且随着湿壁程度的增加而增加,滞燃期受充气密度的影响更显著。而在给定的高喷油压力高进气密度条件下,不同喷孔直径下的喷雾雾化效果都十分良好,喷雾着火主要受化学准备时间影响,滞燃期的波动不大。随着湿壁程度的加重,喷雾燃烧更晚进入高温着火阶段,后燃现象加重,燃烧持续期增长,碳烟的生成量急剧增多。     

F-T柴油掺烧甲醇对柴油机燃烧及振动特性的影响

针对F-T柴油和甲醇在柴油机性能上各自的优势,以F-T柴油为基础燃料配制不同比例的F-T柴油/甲醇混合燃料,在4100QBZL增压中冷柴油机上对比分析了甲醇含量对柴油机燃烧过程及振动特性的影响。研究结果表明:相比于0#柴油,燃用F-T柴油后,滞燃期缩短,压力升高率有较大程度的降低,燃烧更加柔和,但振动加速度受各种冲击的综合影响稍有增加;相对于F-T柴油,随混合燃料中甲醇体积分数的增加,滞燃期延长,压力升高率有所增大,燃烧始点推迟,燃烧等容度提高,热效率提高,振动加速度明显增加,限制了甲醇添加比例的进一步提高。     

甲醇预混合气F-T柴油引燃模式下发动机燃烧特性研究

为了提高甲醇在能量转化效率方面的优势,在一台CY25TQ型柴油机上,利用F-T柴油和煤基甲醇研究了甲醇占能比、F-T柴油喷油时刻对甲醇预混合气F-T柴油引燃燃烧方式下发动机燃烧特性的影响。试验结果表明:甲醇占能比增加,此燃烧方式滞燃期、持续期波动较大。在平均有效压力为0.45MPa下,缸内最大压力、瞬时放热率峰值、最大压力升率明显降低,最大降幅分别为26.40%、59.25%和58.00%。高负荷时,不同甲醇占能比下F-T柴油喷射时刻调整,能促进压升率进一步降低。与原柴油机扩散燃烧方式相比,虽然采用引燃喷射的双燃料发动机在中低负荷时的有效热效率有所降低,但是随着负荷增加,高负荷下的热效率比原柴油机高,最大提高了17.14%。     

机车中速柴油机应用柴油/甲醇二元燃料的燃烧特性研究

在一台机车中速柴油机上,采用进气歧管喷射甲醇的方式,研究了不同转速与负荷下柴油/甲醇二元燃料燃烧特性。研究结果表明:随着甲醇喷射量的增加,滞燃期延长,燃烧持续期缩短,中低负荷时燃烧呈单峰快速放热,高负荷下预混燃烧比例有所提高,但仍保持双峰放热规律;同时,二元燃料燃烧方式下的最高燃烧压力与压力升高率均高于原机,最高燃烧温度也随着甲醇喷射量的增加而升高;此外,二元燃料燃烧的热效率与负荷密切相关,在600r/min时有效热效率随着甲醇的喷入而降低,且随着替代率的升高其降幅加大,在33%替代率时下降了9.06%,但在1000r/min标定负荷时有利于热效率的提高,升幅达到0.36%。     

重型增压柴油机瞬变工况的燃烧阶段特性研究

利用瞬态控制和测试系统,开展了共轨增压重型柴油机不同转矩变化率下的恒转速增转矩试验研究,分析了柴油机瞬变过程中的缸压峰值、缸内温度峰值和柴油机燃烧过程四个阶段的变化规律。研究结果表明:恒转速增转矩过程中,缸压峰值和缸内燃烧温度峰值增大;而燃烧过程中,滞燃期略有缩短,速燃期和后燃期有所延长;过渡时间越短暂、转矩增加率越大则相关参数变化越迅速。通过相关性分析得到滞燃期和速燃期与缸压峰值和缸内温度峰值的相关性较强,且随着瞬变过渡时间的延长,其相关程度不断增强。     

燃油喷射参数对直喷式柴油机燃烧性能与排放的影响

此项研究的目的是探讨在直喷式柴油机中,燃油喷射参数对燃烧性能和排放的影响。柴油机的循环情况和燃油喷射参数在发动机燃烧过程和排放中起了重要作用。 为了获得喷油参数对柴油机的燃烧性能与排放的影响情况,在带有副燃烧室的单缸直喷式柴油机上进行了试验。 试验结果表明,在不同燃油喷射压力和进气气流情况下,副燃烧室能降低排放和改善发动机性能。我们还发现,增加燃油喷射压力可提高气缸压力、气体温度,降低排放。     

基于DOE虚拟优化柴油机EGR及多次喷射策略

以某轻型车用高压共轨柴油机为研究对象,将DOE(Design of Experiment)试验设计方法与CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟相结合,进行柴油机EGR(Exhaust Gas Recirculation)及多次喷射策略参数的虚拟优化。建立了完整的缸内燃烧过程的仿真模型,并用试验测得的缸内压力数据对模型进行验证,验证表明该模型可以较为准确地反映柴油机的工作情况。利用该仿真模型对EGR率及多次喷射策略参数进行虚拟优化,结果表明,EGR的引入可以大幅度降低缸内最高温度与NOx排放量。预喷燃油的燃烧对燃烧室起到预热作用,提高了主喷时的缸内温度和压力,缩短了滞燃期,同时稀释了缸内的氧气浓度,抑制了NOx的生成。后喷可以再次提高燃烧末期时燃烧室的温度,能有效对缸内Soot进行氧化。EGR与多次喷射相结合可以显著降低NOx和Soot的排放,并改善其trade-off关系,且当预喷油量为5%,主预喷时间间隔为20℃A,后喷油量为10%,主后喷时间间隔为20℃A时,发动机的综合性能较佳。     

直喷燃料特性对高比例预混压燃燃烧的影响

针对高比例预混压燃燃烧模式,在气道喷射异辛烷并保证气道当量比为1,缸内每循环直喷2,mg及4,mg正庚烷、聚甲氧基二甲醚(PODE)、正十六烷,并选择-25°,CA ATDC早喷和-5°,CA ATDC晚喷两个工况,对比分析了燃烧室内的自燃着火、火焰发展和燃烧放热过程.结果表明,RCCI晚喷工况为两阶段燃烧,压力升高率较低,有利于RCCI向高负荷范围拓展,直喷PODE和正十六烷两阶段燃烧明显,而直喷正庚烷燃烧室内混合气的活性梯度较小,两阶段燃烧不明显;高比例预混压燃燃烧中,缸内直喷油量低,早喷工况滞燃期主要受十六烷值影响,晚喷工况下喷雾雾化质量差异带来的影响逐渐凸显;在高气道喷油比例(93.8%)下,正庚烷晚喷工况火焰呈现红色,存在灼热的碳粒,早喷可一定程度改善该问题,而正十六烷无论早喷还是晚喷,喷雾雾化质量均很差,碳烟问题尤为显著;PODE能量密度低,相应最大压升率低,再加上其高十六烷值和含氧特性,在高气道喷油比例(93.8%)下,其早喷工况初始自燃点较少,火焰发展速度慢,之后伴有多点自燃过程,而晚喷工况的油束火焰面积小,相邻油束无干扰,碳烟生成很少,适合作为高比例预混压燃燃烧的高活性燃料.     

掺混策略对聚甲氧基二甲醚/甲醇双燃料燃烧影响的可视化研究

基于一台单缸光学发动机,采用高速摄影和瞬态压力同步测量方法,开展了不同掺混策略对聚甲氧基二甲醚（polyoxymethylene dimethyl ethers, PODE）/甲醇双燃料燃烧及火焰发展特性的影响研究,其中掺混策略包括P/M20（甲醇和PODE以2∶8的体积比掺混）燃料双喷射模式和缸内直喷PODE引燃预混甲醇混合气的反应活性控制压燃（reactivity-controlled compression ignition, RCCI）模式。结果表明,对于P/M20燃料双喷射模式,随着气道喷射比例增加,低温反应增强,滞燃期缩短,着火时刻显著提前,进而显著改善了燃烧稳定性;对于RCCI模式,随着气道喷射甲醇占比的增加,滞燃期延长,燃烧相位推迟,峰值压力和放热率均降低,并伴随着燃烧稳定性变差。燃烧可视化显示,两种掺混策略下,随着气道喷射比例的增加,蓝色预混火焰占比增大,最大火焰传播速度降低,由于末端未燃混合气浓度增加,火焰发展由明显的扩散燃烧逐渐转变为末端混合气不断出现新自燃点的顺序自燃模式。对比两种掺混策略可以发现,推迟缸内直喷时刻均能在一定程度上优化燃烧相位,显著改善指示热效率,然而其原因侧重点不同：对于P/M20燃料双喷射模式,提高气道喷射比例可以增强低温放热,促进着火,显著改善燃烧稳定性;对于RCCI模式,其燃烧过程主要位于上止点之后,燃烧相位更接近最佳燃烧相位,进一步减小了传热损失和循环负功,因此其具有更高的指示热效率,也更适合PODE/甲醇双燃料燃烧模式。     

掺水和掺甲醇的柴油机燃烧

燃烧时掺水或掺甲醇可减少柴油机的排气烟度和NO排放物,这是大家都知道的。为了有效和有目的地使用这些掺入物,对由此产生的物理的和化学的机理,发生了浓厚的兴趣。化学平衡计算表明,向柴油中掺水或掺甲醇可降低过量空气系数下限,直到不产生炭烟。尤其在喷射柴油-水乳化液的情况下,蒸发时局部的强烈吸热延长了滞燃期,有助于混合气形成和降低最高燃烧温度。喷射乳化液的高速摄影表明,射束锥角和射束扩散都没有变化。掺甲醇可以提高热效率,而掺水则降低热效率。用不同方式掺水或掺甲醇的发动机试验表明,喷射乳化液或用两个喷嘴同时喷射柴油和甲醇可以获得较好的结果。