直喷式柴油机进气涡流比与喷油系统参数优化匹配的多维仿真研究

基于多维数值模拟方法,研究了直喷式柴油机进气涡流比与喷油系统参数之间的匹配关系,并分析了进气涡流对柴油机油束撞壁的影响。研究结果表明:对于较小口径比的柴油机燃烧室,进气涡流对燃油混合的促进作用主要发生在油束撞壁以后,并影响燃油蒸气在燃烧室壁面附近的轴向分布情况;为了获得理想的燃油蒸气空间分布,涡流比的匹配值应随着喷孔数的增加而逐渐减小;通过改变喷油器的油束夹角,可以改善燃油蒸气在燃烧室壁面处的轴向分布情况,改善发动机的燃烧效果。     

涡流燃烧室碰撞喷雾模拟分析

应用FIRE软件,对一种吊钟型涡流室式柴油机的压缩、喷雾过程进行模拟,考察气流运动、喷雾方向对混合气形成、分布、扩散过程的影响.对于喷雾过程,主要通过缸内的燃空当量比分析了燃油的分布情况;由油滴在涡流室内的粒径云图观察喷雾的形态.模拟结果表明:涡流室内强烈的气流运动对燃油的雾化作用很大,由于气流的阻尼作用,油滴不断破碎...     

进气涡流比对直喷式柴油机油束碰壁过程影响的研究

本采用高速摄影技术，研究了小型直喷式柴油机缸内空气运动对油束碰壁过程的影响。研究结果表明，在小型直喷式柴油机中，燃油壁面喷射的反溅作用是燃油雾化过程中的重要阶段。油束在碰壁过程中，其锥角及贯穿速度均发生变化。不同的进气涡流强度，壁面油束的形状及其发展速度均不同，顺涡流方向壁面油束的扩展速度较快，随着涡流强度的增加，壁面油束只出现在顺涡流方向。空气涡流对燃油与空气混合的促进作用主要发生在油束与燃烧     

缸内直喷周向分层燃烧系统火花塞附近油束发展历程的试验研究

采用高速摄影技术研究了缸内直喷周向分层（简称DICSC）燃烧系统火花塞附近两根油历史潮流的发展历程。研究结果表明,喷雾混合过程中燃油碰壁、反弹现象非常明显,大多数燃油的雾化与蒸发产生于油束碰壁以后。靠近壁面处燃油浓度最大,向燃烧室中心方向浓度逐渐降低,沿周向、顺涡流方向形成了明显的由浓到稀的分层。因而,为了保证较好的着火稳定性,在DICSC燃烧系统中火花塞靠近壁面布置并处于油束下游一定角度比较合适,此外有浓度合适、易于点燃的混合气以便火焰能够顺利扩展。另外,还研究了不同涡流比和油束夹角下的油束发展历程。     

空气运动对小型直喷式柴油机着火前喷雾混合过程的影响

本在单缸试验柴油机上，采用同步摄影技术，研究了空气运动对不型直喷式柴油机着火前喷雾混合过程的影响。试验结果表明，进气涡流对油束的吹偏作用较小；提高涡流强度使油束保持不被“撕裂”的初始段减小，碰壁前油束端部平均速度降低，油束喷雾锥角增大。提高涡流强度还使油束背风面的“撕裂”程度加剧，顺涡流方向壁面油束扩展加快。着火前燃油喷雾沿燃烧室径向分布与涡流强度和在周向气流作用下油束碰壁后的“撕裂”程度有关。     

重型车用柴油机低排放直喷燃烧系统参数的优化

在车用柴油机上引用缩口低排放型燃烧室后,燃烧系统向直喷化发展。为了掌握和定量地评价这种新型燃烧室的结构及其内部气流特点,引入了涡流强度保持性的概念。并利用商用软件FIRE对这种新型直喷式燃烧室内气流的空间分布及其时间变化规律进行数值计算,结合MATLAB软件计算燃烧室内的瞬态涡流强度保持性大小,由此分析不同燃烧室结构参数对燃烧室内气流特性及其涡流强度保持性的影响。同时,通过台架试验分析这种燃烧室内的不同涡流强度保持性与喷射系统参数和进气涡流等参数匹配时对柴油机性能和排放特性的影响。结果表明,通过低排放缩口型燃烧室结构参数的优化,可有效地组织和控制燃烧室内气流分布规律及其强度,而且对于这种燃烧室结构存在着最佳的喷射位置和进气涡流强度,使得在动力性和经济性基本保持不变的条件下,可有效地改善柴油机的排放特性。     

涡流室式柴油机燃油蒸发过程的三维数值模拟

建立了高温高压条件下的油滴蒸发模型,并在不同的工质压力和温度下对模型进行了验证,模型计算结果和实验结果吻合良好。将此油滴蒸发模型和油膜蒸发模型相结合,应用到涡流室式柴油机的燃油蒸发过程中,通过三维数值模拟计算,研究了燃油蒸发过程中燃料蒸气浓度和工质温度场的变化历程以及燃油蒸发对涡流室平均温度和平均压力的影响。     

甲烷/空气典型混合模式在约束空间内的燃烧特性研究

燃料质量浓度分布在一定程度上影响混合气体的燃烧效率,能使燃气充分混合的同轴射流、旋片同轴、轴切结合、切向旋流等典型混合模式在航空发动机、燃气轮机及火箭发动机等先进燃烧技术应用中较为常见。因此,设计了甲烷/空气部分预混的燃烧实验装置,较为系统地实验研究了旋流数和轴向流速对混合气体在约束空间燃烧室内燃烧特性的影响。结果表明：对于有中心射流的混合结构,燃气轴向流速较低时产生黄色火焰,增大轴向流速,黄色火焰转为蓝色湍流火焰,且温度分布趋于均匀;纯切向旋流燃烧器的掺混效果较好,受燃气轴向流速的影响小,火焰结构稳定,均为蓝色火焰,温度轴/径向分布均匀且趋势一致,同当量比下燃烧产物中的污染物体积分数最小。     

影响涡流室式柴油机冷起动性能的因素分析

分析了所测冷起动过程连续示功图,揭示了低的环境温度对压缩压力、温度、摩擦扭矩、起动电池输出电压、燃油喷射压力和燃油雾化等的影响,并利用高速摄影研究了涡流室式柴油机冷起动过程中非稳态燃烧状况,为进一步改善其冷起动性能提供了参考。     

进气涡流和喷油系统参数对大功率柴油机混合气形成的影响研究

通过对大功率柴油机的油气混合及燃烧过程进行三维数值模拟,定量研究了进气系统和喷油系统的参数对混合气形成的影响。结果表明：进气涡流通过加速空气掺和到喷注中的过程,增强空气与油滴的相对运动,加速空气向油滴的传热等促进燃油与空气的混合;喷孔数通过影响燃油的贯穿距离以及空气夹带量进而影响油气的混合。利用燃油质心的偏转角和燃油质心贯穿距离定量表征进气涡流以及喷孔数对油气混合的影响。     

缸内空气运动对直喷式柴油机喷雾特性影响的研究

本文采用高速摄影，利用激光衰减法，研究了小型直喷式柴油机缸内燃油雾特民生，特别是在缸内空气运动对燃油喷雾特性影响方面，进行了比较详细的研究，研究结果表明，在柴油机狭小的燃烧室内，自由喷雾得不到充分发展便得快与燃烧室壁面发生碰撞，故油束的锥角比较小，燃油的密集程度比较高，受空气涡流吹拂而发生弯曲的程度很小，较强的空气涡流会降低喷雾的贯穿速度。     

改善涡流室柴油机燃烧室结构降低排放研究

系统报道了通过改进燃烧室结构设计降低排放的实验方法和手段。结果表明,通过对涡流室柴油机涡流室、主燃室以及通道的形状和大小进行适当的改进,可以较好地改善柴油机混合气质量和燃烧过程,进而有效地抑制排放污染。     

涡流运动降低柴油机混合气浓度及碳烟排放的数值分析

为了揭示涡流运动对柴油机混合气形成及碳烟排放的影响规律，采用经过实验验证的喷雾及湍流模型，用CFD数值分析软件对某车用柴油机燃烧室内不同涡流条件下柴油喷雾的混合气浓度、速度矢量场、燃油液滴空间分布及油束特性进行了模拟计算．模拟结果表明，当涡流比从0到5．0依次增大时，过喷孔轴线的铅垂面内喷雾浓度场局部浓区燃空当量比逐渐降低，而过喷孔轴线且与铅垂面垂直的平面内喷雾浓度场局部浓区的燃空当量比则先降后升，而不是逐渐下降．只有合理选择剖切平面，即选择过喷孔轴线且与铅垂面垂直的平面，才能正确评价涡流运动对燃烧室内混合气浓度分布及碳烟形成区域分布的影响规律．组织燃烧室内气流运动，须兼顾与气缸轴线垂直的水平面内的涡流运动和过气缸轴线的铅垂面内的湍流或滚流运动．涡流比太大，铅垂面内的湍流或滚流太弱，会削弱喷雾射流对燃烧室底部空气的卷吸，降低燃烧室底部的空气利用率．随涡流比增大，射流顺涡流方向的弯曲度增大，不同喷孔的油束会发生相互干涉，在靠近气缸中心的区域内形成局部浓混合气，不利于降低碳烟排放．对具体的燃烧室结构和喷油系统，合理匹配涡流运动十分必要．     

Flame characteristics of hydrogen-enriched methane–air premixed swirling flames

The effect of hydrogen addition in methane–air premixed flames has been examined from a swirl-stabilized combustor under unconfined flame conditions. Different swirlers have been examined to investigate the effect of swirl intensity on enriching methane–air flame with hydrogen in a laboratory-scale premixed combustor operated at 5.81 kW. The hydrogen-enriched methane fuel and air were mixed in a pre-mixer and introduced into the burner having swirlers of different swirl vane angles that provided different swirl strengths. The combustion characteristics of hydrogen-enriched methane–air flames at fixed thermal load but different swirl strengths were examined using particle image velocimetry (PIV), OH chemiluminescence, gas analyzers, and micro-thermocouple diagnostics to provide information on flow field, combustion generated OH radical and gas species concentration, and temperature distribution, respectively. The results show that higher combustibility of hydrogen assists to promote faster chemical reaction, raises temperature in the reaction zone and reduces the recirculation flow in the reaction zone. The upstream of flame region is more dependent on the swirl strength than the effect of hydrogen addition to methane fuel. At lower swirl strength condition the NO concentration in the reaction zone reduces with increase in hydrogen content in the fuel mixture. Higher combustibility of hydrogen accelerates the flow to reduce the residence time of hot product gases in the high temperature reaction zone. At higher swirl strength the NO concentration increases with increase in hydrogen content in the fuel mixture. The effect of dynamic expansion of the gases with hydrogen addition appears to be more dominant to reduce the recirculation of relatively cooler gases into the reaction zone. NO concentration also increases with decrease in the swirl strength.     

涡流室隔热提高柴油机效率的探讨

散热损失大是涡流室柴油机燃油消耗率高的原因之一，涡流室隔热可减少散热损失而不影响充气效率，但已发表的文献对涡流室隔热的节油效果说法迥异。本文通过模拟计算分析阐明了涡流措施必须相应地调整主，副室的容积比，才能防止副室燃烧恶化，确保热效率得以提高。     

Effect of fuel jet arrangement on the mixing rate inside trapezoidal cavity flame holder at supersonic flow

Fuel mixing inside the supersonic combustion chamber is a significant process for development of modern scramjets. In this article, computational fluid dynamic (CFD) approach is applied to investigate the effect of various fuel injections on the mixing rate inside the supersonic combustion chamber. The mixing of hydrogen jets with four different arrangements inside the cavity flame holder is comprehensively studied. In order to examine the effect of multi jets within a cavity flameholder, a three-dimensional model is established and Navier-stocks equations are solved to simulate the flow and mixing zone inside a cavity region. Obtained results show that the injection of hydrogen jet from the bottom of cavity flame holder considerable enhances the ignition zone within the cavity. Moreover, the backward fuel injection is more superior to forward fuel injection since low-pressure vortex could significantly distribute the fuel and enlarge the mixing zone inside the cavity flame holder.     

一种新型涡流室式柴油机燃烧系统的研究

本文在对影响涡室式柴油机燃油消耗率的３个主要因素进行了分析的基础上，提出了一种新型涡流室镶块连接通道形状的改进设计。     

可变涡流对稀燃二次喷油火花点燃式发动机性能影响的研究

主要研究了火花点燃式发动机采用二次喷油技术实现稀薄燃烧时，可变涡流对燃油经济性的影响情况。研究结果表明，在负荷和涡流比较大时，采用较小的二次喷油比例可获得较好的燃油经济性。而在缸内不存在涡流运动时，则须采用较大的二次喷油比例才能获得较好的燃油经济性。在缸内气体存在一定强度的涡流运动时，发动机的比油耗随二次喷油正时的变化呈波动状变化；当涡流比为0时，喷油正时对发动机油耗率的影响则与有涡流运动存在时的情况明显不同。这说明涡流运动对二次喷油在缸内的分布存在明显的影响。     

Effect of hybrid coaxial air and hydrogen jets on fuel mixing at supersonic crossflow

In this research study, a computational method is applied to examine the impacts of coaxial hybrid air and fuel jets on fuel mixing at the supersonic cross-flow of Mach = 4. This study examined the coaxial air and fuel jet effects on main parameters i. e. circulation, mixing efficiency, and fuel penetration. Computational Fluid Dynamic is employed for the modelling of the coaxial jet at cross supersonic flow. Reynolds Average Navier-Stocks equations with SST turbulence model for achieving hydrodynamic feature of the main model. Impacts of air-jet pressure and nozzle configurations on fuel distribution are also presented and the main effective factors for efficient fuel mixing condition are explained. Our results disclosed that injection of coaxial air and fuel jets at supersonic cross airflow significantly improves the fuel penetration and mixing inside the combustion chamber. Flow study analysis shows that the coaxial injector augments the spiral feature of the fuel jet, which surges fuel mixing downstream. Our circulation analysis confirms that circulation strength increases in far away from an injector by the injection of a coaxial air jet.