基于CAE的某发动机增压器故障分析及优化

某增压直喷发动机在进行发动机台架可靠性试验过程中,涡轮增压器由于中间体和蜗壳连接抱箍松脱造成失效,通过采用CAE仿真分析手段结合试验测试,对涡轮增压器模态和振动分析并进行发动机台架涡轮增压器振动测试,结果表明涡轮增压器中间体抱箍松脱是由于涡轮增压器模态低引起共振造成的。通过对涡轮增压器和排气系统进行优化设计,整改后通过了可靠性试验。     

关于提高灰岩抽采系统瓦斯纯量的研究

为有效提升灰岩瓦斯抽采体积分数及纯量,针对井下实际情况和灰岩瓦斯赋存特征,分析了灰岩抽采系统存在的问题及相关主要原因,探讨了采取的针对性措施,即封堵抽采影响范围内的各种漏气通道,使用低浓抽采系统对井田内边缘低浓钻场进行截流抽采,并优化下组煤采掘关系,减少采掘对灰岩补给瓦斯的影响。经过综合治理后,高浓抽采系统瓦斯体积分数提高7%左右,抽采纯量提高13m³/min左右,证明采用上述综合措施可有效提升灰岩瓦斯的抽采量和抽采瓦斯体积分数。     

华胜煤业3105综采工作面通风和瓦斯体积分数分布研究

通过理论推导、计算和数值模拟,对华胜煤业有限公司3105综采工作面通风与瓦斯体积分数分布进行了研究。U型通风条件下,在走向方向,从工作面到采场的深部瓦斯体积分数逐渐增大;在倾向方向,采场瓦斯体积分数分层现象不明显;大部分区域瓦斯体积分数不大,瓦斯体积分数逐渐增大但分层现象并不明显。由此可见,工作面和回风巷瓦斯体积分数较小,满足安全需要。     

重型甲醇发动机增压器匹配仿真与试验

针对13 L M100甲醇发动机增压器匹配开展相关研究工作。基于发动机相关数据建立一维热力学模型并进行数值计算与仿真分析，针对发动机油耗率、废气再循环（exhaust gas recirculation，EGR）率、排温、喘振裕度等综合因素匹配出最优增压器并进行试验验证。试验结果显示，增压器方案1在转速为1 200 r/min时EGR率为20.5%，外特性最低油耗率可降至438 g/（kW·h），最大涡前排温为700 ℃，满足发动机性能开发指标。     

某型柴油机与VGT增压器的匹配计算研究

发动机与涡轮增压器的匹配是增压技术的重要研究内容.普通涡轮增压器与发动机匹配时普遍存在着低速时转矩不足、经济性差等问题.可变几何涡轮增压器(VGT)是解决增压柴油机低工况和瞬态响应慢的重要技术措施.为了分析VGT对某型柴油机性能的影响,基于GT-POWER仿真平台对其进行了建模和仿真研究.结果表明:通过调整VGT涡轮喷嘴角度可以优化柴油机与VGT的匹配.低工况下,可以有效提高扭矩、增压压力和涡前排气温度,降低燃油消耗率.     

综放工作面瓦斯治理多元协同防治技术优化

为了解决荫营煤业综放工作面回风流瓦斯体积分数不超0.5%的问题,采用多元协同防治技术高效防治,实现瓦斯体积分数0.5%的管控目标。阐述了荫营煤业传统综放面高、低抽巷联合的抽采方法,并进行评价。通过分析定向高位钻孔,沿空埋管与传统高、低抽巷抽采效果,结合均压通风、隅角安装引流器及悬顶处理,对荫营煤业综放工作面瓦斯多元协同防治技术进行优化,科学确定了定向长钻孔、沿空埋管、隅角引流器的关键技术参数,为实现瓦斯治理体积分数不超0.5%提供依据。     

成庄矿井上下立体递进式瓦斯抽采技术研究

为平衡高瓦斯矿井瓦斯抽采工程与煤矿采掘生产之间的关系,成庄矿形成了井上下立体递进式瓦斯抽采技术体系。在规划区,采用地面直井、 U型井、定向井、卸压井等对煤体预抽5～15 a,降低煤层瓦斯含量至8～14 m³/t;在准备区,在井下采用定向长钻孔区域递进式模块抽采+条带区域抽采+密集钻孔抽采技术,对煤层瓦斯进行递进式、持续性、大范围的预抽;在回采区及采空区,采用“高位定向长钻孔高体积分数小流量+低位采空区横川埋管低体积分数大流量”的抽采方法,改变采空区的风流方向及瓦斯分布状态,降低了上隅角的瓦斯体积分数。综合抽采治理后,成庄矿工作面风排瓦斯量降低到17.86 m³/min,回风巷瓦斯体积分数保持在0.2%～0.4%,工作面上隅角瓦斯体积分数低于0.63%。     

某型高海拔瓦斯发电机组增压器匹配仿真计算

经过近20年的研发和应用,我国在气体机领域已取得很大的进步。但是,与国外同排量的气体机相比,国产气体机功率依然存在一定的差距。而且气体机功率会随着海拔的升高而明显降低,而增压技术是提高发动机功率的关键。本文对增压器的匹配计算方法进行了理论分析,并利用AVL-BOOST软件,针对某型高海拔瓦斯发电用气体机增压器进行仿真计算,详细介绍了增压器的理论计算方法。通过建立仿真计算模型,在增压器数字MAP参数、缸头元件组成、点火参数、气源组成及环境条件等方面对气体机各部分元件进行仿真标定,得出不同海拔下的增压器仿真计算结果。对仿真计算结果进行分析,得出增压器基础性能参数,对该参数中不达标的内容进行优化补充仿真计算,最终得出满足使用要求的某型高海拔瓦斯发电用气体机的增压器性能参数。     

车用发动机涡轮增压器喘振裕度及其改善方案的研究

主要针对涡轮增压器喘振机理,喘振现象产生的原因分析,喘振线在增压器生产厂家及主机厂的试验测试方法及喘振的改善方案进行了详细论述。试验结果表明,对于涡轮增压器喘振线的测试,发动机主机厂也可以通过试验进行测试且准确度在可以接受的范围内;对于增压器喘振裕度的解决方案可以从提升发动机的容积效率,增压器压前管路增加稳压腔方面进行考虑。其中,压前管路增加组合稳压腔方案改善效果更为明显。     

基于并行及耦合详细化学反应机理的煤层气发动机燃烧过程多维模拟

建立了耦合详细化学反应动力学的多维CFD模型,并基于MPI(message passing interface)建立了发动机并行模拟计算平台,以此为基础,开展了煤层气发动机多维仿真模拟工作.研究了缸内组分瞬态分布规律和过量空气系数、氮气体积分数对煤层气发动机缸内燃烧性能的影响,结果表明,发动机缸内中间组分分布具有良好的规律性.随着过量空气系数、氮气体积分数的增加,发动机动力性能变差,燃烧期增加,同一曲轴转角下NO生成量明显下降.同时,采用并行计算后,单循环的计算时间相对于串行程序大大降低.     

增压柴油机变海拔增压压力恢复计算研究

基于D6114柴油机仿真模型,计算分析了原机增压器的变海拔性能。针对各海拔高度下增压压力的变化趋势,选择不同的匹配点进行了增压系统匹配调整。结果表明:变海拔条件的增压压力变化趋势在高低转速存在差异;通过增压系统匹配调整可以在部分工况实现增压压力恢复;高海拔高转速工况涡轮增压器会发生超速现象;高海拔低转速工况下增压压力得到提高,但未能达到完全恢复的目标。     

基于正交试验的低速机增压器涡轮排气壳性能优化研究

为提升船用低速机涡轮增压器性能,对增压器涡轮排气壳底部流道结构进行参数化,设计并开展了以效率为优化目标的四因素三水平正交试验优化设计和增压器整机性能试验。首先,采用CFD数值模拟方法对不同参数组合的涡轮气动性能进行了计算,然后对涡轮排气壳底部流道结构参数开展了灵敏度分析,同时针对不同参数组结构开展了内部流场对比分析,明确结构因素对流动的影响机理;在此基础上对优化后方案开展了涡轮特性分析,最后在低速双燃料机平台上开展增压器整机试验验证。分析研究表明：在涡轮进气壳、喷嘴环和涡轮叶片等通流部件结构不变的前提下,涡轮排气壳排气方向轴向长度对涡轮整级效率的影响最大,优化后效率明显提升,设计点总压损失系数降低0.3874,静压恢复系数提升0.537,总静效率提升1.85%,其余工况总静效率最大提升2.4%。试验结果表明：优化后涡轮增压器整机效率在主机燃油模式和燃气模式下的全工况范围内效率均有提升,最大提升幅度分别达到1.4%和2.1%,涡轮性能和增压器整机性能改善明显。     

流化床中生物质气化的数值模拟

基于欧拉多相流模型,自编化学反应子模型,通过建立生物质流化床气化动力学模型,对某实验室规模的流化床生物质气化炉进行了数值模拟,研究了蒸汽与生物质的质量比（mS/mB）、生物质粒径对产气组分、蒸汽分解率等的影响.结果表明：mS/mB增大,H2体积分数先上升后保持不变,而CO和CH4的体积分数先下降后几乎不变,蒸汽分解率下降;生物质粒径减小有利于气化过程,使CO和H2的体积分数明显上升;计算结果和试验结果基本吻合,表明基于欧拉多相流的动力学模型能对流化床中生物质的气化进行比较准确的模拟.     

增压方式对柴油机高原环境下工作特性影响的数值模拟

以一台高压共轨重型柴油机为研究机型,构建了一维热力学模型,首先对比研究了单级增压(single-stage turbocharger,1TC)和二级增压(two-stage turbocharger,2TC)对柴油机变海拔条件下工作特性的影响;然后将2TC的高压级更换为可变截面涡轮增压器,在4 km海拔条件下,分析了叶...     

改善天然气发动机突变负荷特性的增压器优化

针对气体发动机负荷突变时瞬态响应性差的问题,以某大功率涡轮增压天然气发动机为例,采用理论分析、仿真计算与试验验证相结合的方式,分析响应滞后的原因,并提出了更换更小截面的涡轮增压器喷嘴环,调整点火提前角以及设置燃气喷射量限制等改进措施。经试验验证,改进后的发动机在负荷突变情况下满足G2级别的发电机组性能要求。     

低速大扭矩船用柴油机与增压器的匹配试验研究

针对国内船用柴油机使用工况特点,降低12V135船用柴油机的标定转速,提高柴油机的低速扭矩。通过增压器的优化匹配,改善了柴油机的经济性、动力性和可靠性,特别是柴油机的低速性能有了明显的改善,进一步提高了12V135船用柴油机的市场竞争力。     

ABB增压系统应对未来发展措施

介绍了ABB公司针对大功率发动机的发展需求,不断发展其增压器技术的情况,具体体现在以下几方面:在单级高压比A100-L系列增压器基础上,进一步扩大容积流量以满足更大功率的覆盖范围;用于低速机的新一代A200-L系列增压器,通过高压比调节方式可替代可变几何涡轮优化部分负荷;ABB两级增压系统的配置及两级增压系统在柴油机和气体机应用的典型案例;分析了两级增压系统潜能,两级增压系统结合可变气门正时技术,可显著降低NOx排放和燃油效率,提高发动机瞬态特性。     

基于燃烧室与增压器匹配的柴油机热效率优化设计及仿真研究

以某重型柴油机为研究对象,采用仿真计算的方法探究了基于缸内燃烧系统和空气系统优化使发动机最低油耗区间匹配不同使用工况,提出满足发动机不同应用场景需求的匹配方案。研究结果表明:采用压缩比为19.5的燃烧室,缸内混合气过稀区减少,燃烧放热速率加快,热效率提高;通过合理匹配增压器和燃烧室可以实现柴油机最低油耗区间与目标工况区间的匹配。以优化低转速中低负荷工况油耗为目标,采用压缩比为19.5的燃烧室,同时采用较小的涡轮当量流通截面积,可以使最低油耗区匹配低转速中低负荷工况,低转速中负荷油耗改善3.1%。以优化中转速中高负荷油耗为目标,采用压缩比为18.5的燃烧室,结合增压器的优化匹配,可以使最低油耗区匹配中转速中高负荷工况,中转速中负荷油耗改善1.6%。以优化高转速高负荷油耗为目标,通过提高最高燃烧压力,采用压缩比为21.5的燃烧室,同时采用较大的涡轮当量流通截面积,高转速高负荷油耗可改善4.2%。     

Recombination of hydrogen-air catalyzed by Pt/C catalyst in a confined vessel at ambient temperature

Most of the previous studies have investigated the detonation and combustion characteristics of hydrogen and air mixtures, but the change process of hydrogen-air recombination reaction at ambient temperature is unclear. In this study, the variation of temperature and hydrogen conversion during the H₂-air mixture reaction catalyzed by Pt/C catalyst was examined. Experiments were carried out in a small-scale cylindrical vessel to investigate the effects of hydrogen volume fraction, catalyst mass, and inlet gas flow rate on the reaction process. The results revealed that the reaction temperature climbed as the hydrogen volume fraction increased, with a peak value achieved when the hydrogen volume fraction reached 35 vol%, and subsequently reduced as the hydrogen volume fraction increased further. The increase of the inlet gas flow rate also promoted the growth of reaction temperature. However, there was no significant linear relationship between the rise of catalyst mass and the change of reaction temperature.     

488可调增压天然气发动机的模拟计算

将CA488汽油机改装成天然气发动机,并匹配合理的可变截面增压系统,利用软件对改装后的发动机进行性能模拟。结果表明,对可调增压器进行合理的控制,可将改装后的天然气发动机动力性恢复到原机水平。